由于军事和科学研究对更高功率、更高能量、更高频率微波源的不断需求,高功率微波技术就是在这种背景下在上世纪七十年代兴起的一门边缘学科。短短的几十年这门学科得以迅猛发展并受到广泛的重视。目前,它可以被广泛应用于军事、科学研究、工业加工、新材料制备以及医学、生物等多方面领域。高功率微波系统通常包括高功率微波源输入耦合谐振腔系统、高功率微波传输系统、输出耦合系统、波模转换系统、天线发射和接收系统等等。每个子系统的设计性能对整个高功率微波系统起着至关重要的作用。高功率微波模式变换在高功率微波传输和发射过程中扮演了非常重要的角色,它使高功率微波源的能量得以有效的传输和辐射,因此具有非常重要的研究价值和应用价值。本论文是在回旋管科研项目的资助下,对几种高功率微波源特别是回旋管的模式转换部分作了全面深入的理论研究和数值模拟,设计加工的模式变换器已经成功应用于本教研室的科研试验中。本论文的主要工作如下:1.分析了高功率微波模式变换在微波传输系统的发展和应用以及从微波源输出到天线发射模式的几个不同的变换序列的变换过程。2.通过耦合波理论导出的耦合波方程及相应的耦合系数研究了半径渐变和轴线弯曲的过模圆波导中模式耦合问题,特别详细推导了弯曲圆波导模式变换器中的输出模式的相对功率值和功率转换效率的一般表达式。3.采用龙格库塔法对耦合波方程进行数值求解,优化出在不同频率和带宽条件下模式变换器的最优几何结构参数。采用不同的几何结构和相应的相位重匹配方法,设计出高效、宽带和紧凑的过模圆波导模式变换器,并得出了波导半径、频率、弯曲曲率和带宽之间的相互变化关系。4.采用现有的三维电磁仿真软件HFSS和CST微波工作室对模式变换器结构进行优化仿真,由此得出的效率、带宽和S参数等与优化程序结果进行比较,得出两者具有很好一致性,并显示输入和输入微波模式图。