在高功率微波传输过程中,模式转换器和波导弯头是非常重要的传输器件。模式转换器能够将微波源的能量进行有效的传输以及将传输模式进行有效的变换,波导弯头也能够高效率的传输微波源的能量并改变传输方向,因此波导模式变换器和波导弯头具有广泛应用价值和极高的研究价值。本论文的主要工作及贡献如下:1.对高功率微波的发展和应用进行了简要的概括,介绍了回旋管的发展历程以及目前的研究现状,对比了几种类型的TE₁₀^□-TE₀₁^○模式变换器与圆波导弯头并分析了各自的优缺点,最终选择研究TE₁₀^□-TE₀₁^○十字交叉型模式变换器与斜角弯头。2.简要介绍了矩形波导与圆波导的传输特性,然后根据耦合波理论详细的推导出了半径渐变波导结构的耦合波方程并且归纳出了各个模式之间变换的耦合系数,为之后设计波导模式变换器提供理论指导和依据。3.综合理论与实际加工的需要,提出了在设计TE₁₀^□-TE₀₁^○十字交叉型模式变换器时需要注意的要点,并且在设计过程中采用线性过渡来实现模式的变换。在电磁仿真软件HFSS中建模并仿真,最终得到工作在Ka波段的高效率,宽频带,结构紧凑的TE₁₀^□-TE₀₁^○模式变换器,同时对模式变换器进行了小尺寸误差分析,除个别频点外,关键尺寸微小变化对模式变换器的转换效率影响较小,为实际加工提供了一些参考。4.对斜角弯头结构中的衍射损耗进行了分析,利用间隙理论得到了斜角弯头的等效结构,然后通过混合模式在等效结构的圆波导中传输衍射最小原则以及采用龙格库塔算法设计出了满足要求的模式变换器,最后得到在中心频点32GHz处传输效率为99.52%,功率容量约为0.988GW,在31.2GHz-33.5GHz内的传输效率达到95%以上的TE₀₁模90°斜角弯头。5.利用准光理论,对高斯波束进行了简要的分析并将高斯模展开成了一定比例的TE_0n混合模式,设计好满足要求的模式变换器及移相段后在HFSS中仿真得到了在中心频点27.94GHz处传输效率为99.28%,功率容量约为601MW的TE₀₁模90°斜角弯头。6.在中心频点为27.94GHz的90°斜角弯头的基础上设计了三种不同结构的160°,TE₀₁模圆波导弯头,在HFSS中建模并仿真计算后得到在中心频点处的传输效率分别为93.71%,94.32%,95.22%,功率容量分别为854 MW,619 MW,501MW。