高功率微波技术在军事、民用和科学研究等方面都有广阔的应用,是国内外的研究热点。传输系统制约着高功率微波系统性能的发挥,决定了微波能量的有效传输和利用,是整个系统的关键部分,而圆波导传输线(如模式变换器和模式过渡器)又是传输系统中必不可少的器件,因此,研究高效率、紧凑的圆波导传输线对提高整个系统的性能、推动高功率微波技术的发展具有不可替代的作用。本文主要是利用耦合波理论、迭代综合法、非均匀有理B样条(NURBS)技术等关键技术,对圆波导模式变换器和模式过渡器的设计进行理论分析和实验研究。主要工作和研究成果如下:1、研究了最近几年来快速发展的过模圆波导器件的设计方法——迭代综合法。编制了过模弯曲圆波导迭代综合法的计算程序,并用该程序设计了TM01-HE11模式变换器和90度弯曲TE01模式过渡器。计算表明,迭代综合法可以设计出高效、宽带和紧凑的过模圆波导器件。此外,还分析了迭代法在设计过模圆波导器件上的不足。2、为了弥补迭代综合法在设计过模圆波导器件上的不足,本文在耦合波理论的基础上,提出了设计过模圆波导器件的NURBS技术综合方法。采用自行编制的数值计算和优化程序,研制了光顺度较高的90度弯曲TE01模式过渡器和输入输出两端口平行且共轴的TE01-TE11模式变换器并进行实验研究,实验结果与计算结果具有良好的一致性,表明所设计的过模圆波导器件具有高效、宽带和紧凑的性能。3、为了设计结构紧凑、高效率的圆周开槽直波导模式变换器和解决传统设计方法通用性不高的缺点,本文利用NURBS技术和MATLAB调用CST仿真的技术,提出了设计TM11-HE11模式变换器的通用综合方法。采用自行编制的数值计算和优化程序得到最优结构参数,然后研制了这一变换器并进行热测实验,结果表明,用该方法所设计的TM11-HE11模式变换器可以得到良好的HE11模式,与计算结果具有良好的一致性。