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。

在同轴波导尺寸较大的情况下,传统的插入四块金属板的同轴插板式模式转换器难以满足扇形波导内单模传输的条件.通过增加插板数目,设计了大尺寸情况下的模式转换器,并将其与同轴喇叭有机结合,设计了一个中心频率为7 GHz的新型模式转换天线,可以实现高功率微波源输出TEM模的定向辐射.该模式转换天线的数值计算结果为:增益22.2 dB,口径效率53.7%,中心频率上反射系数为0.07,在6.5～7.5 GHz频率范围内反射系数小于0.3.实验测量结果为:增益21.5 dB,口径效率约46%,在6.5～7.5 GHz频率范围内反射系数约为0.07～0.39.数值计算与实验测量结果基本一致.