基于彎曲波導的相關模式耦合理論，應用相位重匹配技術，通過數值優化計算得到TM01-TE11雙彎過模圓波導模式變換器的最優幾何結構參數以及相應的工作參數，設計了一款Ka波段的同向傳輸結構的TM01-TE11模式變換器。此變換器與非同向傳輸型TM01-TE11雙彎過模圓波導模式變換器的相關參數進行對比研究，綜合比較發現前者明顯優于后者。實物測試結果和程序計算結果良好一致，表明其可以很好的滿足系統應用要求。

　　高功率微波器件通常用于產生千瓦或兆瓦量級功率的微波，其輸出模式在軸向輻射呈現為非理想的空心圓錐狀，一般為對稱的高階體模或高階邊廊模。然而該類模式不適用于對等離子體加熱、雷達應用及其他方面的遠距離傳輸，需要對其進行高功率模式轉換。對于這些圓對稱的模式，通常是將它轉換成有一定極化方向且在軸向輻射最大的TE11或(HE11)模式，再通過天線把微波發射出去。諸如虛陰極振蕩器、相對論返波管，其輸出模式常是TM01模式或TM0n的混合模，其外接的波導模式變換器通常采用下面這個變換方式，實現高功率微波源到負載的遠距離傳輸，且能保持較高的模式純度和較低的歐姆損耗：TM0n-TM01-TE11-HE11(天線)。在上述變換方式中，TM0n-TM01的變換需采用周期性、軸對稱半徑微擾結構，將微波源輸出的TM0n混合模轉換為非極化的對稱模TM01模式，而TM01模式轉換成TE11模式，其器件結構外型有高斯型、立方型、圓弧形及正弦型多種，而TE11再通過直波導角向開槽結構(槽深從二分之一波長漸變為四分之一波長)進行模式轉換成HE11模進行遠距離傳輸。因此，對其中TM01-TE11模式模式變換段的結構和特性進行深入研究是非常必要的。

　　對于高功率微波的傳輸情況下，波導的尺寸必須足夠大，因而可以通過的模式也比較多，進而數值計算時就必須考慮到更多的微波模式及其間的互相耦合、波導壁損耗及選取合理的耦合模式等問題，同時還要考慮變換器跟整個傳輸系統進行適配，即模式變換器滿足一定的尺寸及傳輸方向的約束條件。因此，必須從模式變換和適配傳輸兩方面對模式變換器結構進行精心設計。

　　4、結論

　　設計了同向傳輸的TM01-TE11雙彎模式變換器。通過在雙圓弧彎曲波導中間對接處切向放置一段適當長度的直波導的方法，來調整相位就可以使得TM01-TE11模式變換器在實現同向傳輸、高轉換效率及波導結構緊湊同時還具有更大帶寬的特性。該模式變換器長度為450mm，計算機模擬及實物測試結果表明，模式轉換效率達98.5%以上，帶寬約為28%。實物測試結果和仿真計算結果具有良好的一致性。

　　同時，在設計中發現，模式變換器的工作頻率、波導半徑及轉換效率存在一定的比例關系，此特點為以后設計類似結構的波導模式變換器具有很好的參考價值。