回旋管振荡管作为重要的大功率毫米波波源,在工业加热、雷达、定向能武器等领域有着广泛的应用需求,是当前国内外电真空器件研究的热点之一。准光模式变换器是回旋振荡管的核心部件,它将参与注波互作用的高阶波导模式转换成易于直接传输与辐射的准高斯模式,同时实现了有效的注波分离,为降压收集级的引入提供了技术基础。因此,研制能够模拟回旋管工作模式的激励器是完成准光模式变换器性能定量测试的必要前提。然而这类高阶波导模式激励器的研究存在两大技术难点:其一,抑制寄生的低阶杂模,提高目标模式的纯度;其二,对激励的高阶模式进行定量的测试评估。围绕上述技术难题论文开展了深入的理论和实验研究,主要研究内容如下:一、从寄生模式产生的机理出发,开展了高阶波导模式激励理论研究,提出通过引入同轴结构增加目标模式与周边模式的隔离度、利用半开放谐振腔选模以及长程布拉格谐振耦合相结合的方式实现抑制寄生模式的研究思路和技术手段。在此基础上,完成了W波段左旋TE53模激励器的理论优化和仿真建模,并且利用正交模式展开的分析方法成功解决了仿真软件中无法直接给出的输出高阶模式纯度定量分析的技术难题,其计算结果表明,在工作频率为95.75GHz处,输入为圆波导右旋TE11,输出为圆波导的左旋TE53模激励器模式转换效率大于92%,模式纯度优于96%。二、结合实验室现有的测试仪器条件,完成了W波段空间场幅相测试系统的硬件平台设计和搭建,包括频率源模块、扩频组件、幅相检测模块以及接收端的平面扫描子系统。其中重点解决幅相检测模块的相位多值性以及测量精度的问题,同时提出了提高二维空间场测试效率以及精度的测试方法,为类似毫米波空间场测试平台的研制提出了一种低成本解决方案。三、针对高阶模式激励器输出模式复杂二维场扫描耗时较大、准确的工作频点难以精准判断等技术难题,结合高阶模式的空间场分布特点,提出多频点一维初步扫描与单频点快速二维精细扫描相结合的优化测试流程,极大地提升了激励器测试的效率。并利用该方法对设计的圆波导TE53模式激励器详细测试,充分验证了测试方法的有效性。为后续激励器的进一步研究奠定了实验基础。