回旋管作为主要的高功率微波源,广泛应用于等离子体回旋共振加热、深空毫米波雷达、毫米波通信等领域,是国内外的研究热点。现代回旋管通常工作在高阶旋转体模,并通过内置准光模式变换器将其转化为适合直接应用的准高斯模。为验证回旋管准光模式变换器装配前的性能,通常需要对该模式变换器进行低功率激励测试。在这种测试中,高阶模式激励器的纯度对于测试的可信性起着至关重要的作用。因此,研制高纯度的高阶模式激励器显得十分重要。同时,圆极化馈源作为桶形腔高阶模式激励器系统的重要组成部分,其性能的好坏直接决定系统的性能优劣。因此,紧凑型圆极化馈源的设计也应同步进行。本文利用小孔衍射理论、同轴腔体选模特性、移相元加载等技术,对桶形腔高阶模式激励器和紧凑型圆极化馈源的设计进行了理论分析、数值计算和电磁仿真。主要工作和研究成果如下:1.编制了分析开放式同轴谐振腔特性的数值计算程序。利用该程序分析了三段式同轴腔中高阶TE_5,3模的场纵向分布,谐振频率及品质因数,计算得到腔体最优结构参数,为后续桶形腔高阶模式激励器的研究提供一定的基础。HFSS仿真结果与计算结果具有良好的一致性。2.文献[1]中提出了一种设计高阶模式激励器的方法,但是作为激励器最重要的性能指标——模式纯度却未提到,并且由于其描述过于简短导致设计思路比较模糊。因此,本文介绍了一种改进型螺旋分布孔高阶旋转模式激励器,详细研究了该激励器的设计原理,完整地分析了模式转换的整个过程。着重分析了如何利用数值计算程序确定同轴腔体结构参数,并研究了螺旋分布孔的排列方式和模式抑制器的工作原理。数值计算和仿真结果表明:在中心频率30GHz附近,TE_5,3模式激励器的模式纯度高达97.4%,转换效率为96.1%。相对于文献[1],本文设计的高阶模式激励器具有纯度高和紧凑的性能。3.紧凑型圆极化馈源的研究。围绕紧凑型这一主题,根据本文研究的桶形腔高阶模式激励器的要求,利用移相元加载技术实现相位调控,设计了两种工作在Ka波段的圆极化馈源:阶梯型介质片圆极化器和扇形槽圆极化器。仿真结果表明,设计的圆极化馈源具有紧凑、轴比低和结构简单的性能。同时,将设计的扇形槽圆极化馈源应用到桶形腔高阶模式激励器中。联合仿真结果表明,所设计的高阶模式激励器及圆极化馈源具有实际应用价值。