为提高高功率传输系统的模式转换效率, 利用波纹喇叭的设计方法研究了TE11模至HE11模的转换器。设计了基于正弦－平行剖面以及tanh剖面的2种不同结构的模式转换器, 并利用商业软件进行仿真验证。仿真结果表明, 在94 GHz附近10 GHz的带宽范围内, 高斯度可以达到98.6%以上, 中心频点的高斯度达到99.2%以上。设计的2种结构中, 正弦—平行剖面具有输出束腰半径处于开口处的优点, 而tanh剖面具备尺寸小、相位中心固定的优点。

基于弯曲圆波导耦合理论和规则圆波导突变结构模式匹配法, 利用MATLAB软件编写的相关数值计算程序得到波导模式转换结构的优化参量, 最终使用CST软件对模型进行了仿真和验证.该系统主要由三部分组成: 一个TE01-TE01的过渡器, TE01-TE11和TE11-HE11的圆波导模式转换器.计算结果表明, 该TE01-HE11模式转换系统在24.13 GHz的频率有5%的带宽、转换效率超过了99%.计算结果、仿真结果和实物冷测结果是一致的.

提出了一种用于轴向输出相对论磁控管中具有TE11辐射模式的紧凑型输出结构。该器件采用6谐振腔结构并工作在π模式上,通过合理设计谐振腔结构与输出圆波导之间过渡结构,模拟实现了圆TE11模式微波的轴向输出。与传统衍射输出相对论磁控管相比,本文设计的轴向输出结构,不仅能在输出波导中获得更加纯净的微波模式,而且能减小磁控管的径向尺寸,使得系统更加紧凑化。初步的粒子模拟结果表明：当电压为280 kV、磁场强度为0.5 T时,该器件的工作频率为4.18 GHz,输出功率为247.0 MW,功率转换效率达到21.9%。

介绍了径向双层介质加载圆波导的TE₁₁-HE₁₁模式转换天线的设计原理、实验方法及结果。该模式转换天线由圆波导TE₁₁-HE₁₁模式转换器和辐射器组成：圆波导TE₁₁-HE₁₁模式转换器是在圆波导内沿径向加载两种不同介电常数的微波介质来完成模式转换，辐射器采用开口圆波导或小张角圆锥喇叭将HE₁₁模辐射出去。应用HFSS软件对设计的两种模式转换天线进行模拟优化，数值结果显示这两种天线在线极化和圆极化工作状态下其E面、H面辐射方向图在一定波瓣宽度内均具有较高的等化特性及低副瓣电平。应用矢量网络分析仪和频谱分析仪对线极化TE₁₁模激励状态下的两种模式转换天线的增益和驻波系数进行测试，测试结果表明：在中心频率9.4 GHz频点辐射器采用开口圆波导或小张角圆锥喇叭时天线增益分别为11.21 dB和15.58 dB，且驻波系数均小于1.05。实测结果与仿真结果基本一致，证明了该模式转换天线技术的可行性与正确性。

提出了一种在圆波导中添加金属分割片及半边金属管壳的结构以实现圆波导TM01-TE11模式转换。通过金属分割片将圆波导分成两个半圆区域: 其中一个半圆区域为空波导, 另一半圆区域为填充一定厚度金属管壳的空波导。在S波段对设计的中心频率为2.8 GHz的物理模型进行数值模拟与实验研究, 模拟结果表明: 在中心频率2.8 GHz转换效率为99.56%, 反射率低于0.01; 在2.716~2.946 GHz频带内转换效率大于90%, S11小于-10 dB。实验中测试到的S11参数与模拟结果基本一致, 证明了该变换器技术方案的可行性和模拟结果的正确性。