矩形波导是波导类元器件中典型代表,也是构成微波和毫米波电路中不可或缺的功率传输和转换设备。矩形波导具有功率容量大,结构简单,损耗小的特点,广泛应用于谐振系统,电磁兼容,天线辐射,微带传输线,电磁散射,光学器件中光的传播和衍射等研究。因此,高阶辛时域多分辨率算法在矩形波导仿真中的应用研究,对于分析和理解其它波导结构电磁特性时具有重要指导意义。本文从计算电磁学的角度,应用优化辛算子的高阶辛时域多分辨率算法对矩形波导电磁特性进行具体研究。本文主要工作简述如下:（1）结合波导特点介绍高阶辛时域多分辨率算法及其应用到波导类结构仿真分析中需要解决的关键技术:激励源的引入,总场和散射体系,高阶吸收边界条件,金属边界处理。（2）求解非填充和半填充介质矩形波导谐振腔的谐振频率,验证高阶辛时域多分辨率算法基本程序和金属边界处理技术的正确性。（3）分析非对称平面光波导低阶模（TE₀,TE₁,TE₂）的模场分布,模拟模场动态传输过程,并在此基础上分析了当衬底和芯层折射率不变,敷层折射率变化时,非对称平面光波导模场分布在芯层中的变化规律。（4）对矩形波导中纵向排列介质层光子带隙（Photonic Band Gap,PBG）结构进行数值仿真研究,仿真结果证实了波导介质层PBG结构的阻带（禁带）特性。同时详细分析了介质层数、介质折射率常数比、介质层厚度比的变化对波导介质层PBG结构形成阻带（禁带）特性的影响。（5）为了有效的吸收倏逝波,对传统低阶完美匹配层（Perfectly Matched Layer,PML）吸收边界条件进行改进,通过求解矩形波导截止频率验证了改进高阶PML吸收边界条件的有效性。最后结合散射参数提取技术分析常见的矩形波导内部介质不连续问题,得出可以根据需要设置合适的介质参数,构成介质谐振器,获得需要的传输特性。