至本世纪六十年代末,高功率微波技术作为一门新兴边缘学科迅速发展起来。由于军事以及科学研究对各类新型器件需要更高功率、更高能量、更高频率,在不到三十年的时间内,使得这门科学以迅雷不及掩耳的速度发展起来。回旋管作为各类新型器件之中十分重要的一种,具有高的平均功率、高的峰值功率、极高的增益、较高的效率以及适当的带宽等诸多优势。模式转换是回旋管的极其重要的一部分,它使回旋管的能量按人们需求的方式传输和辐射。本文对Vlasov准光模式变换器工作原理进行分析,通过准光近似理论的研究,对Vlasov准光模式变换器的工作原理进行详细的分析,得出了计算Vlasov模式变换器结构尺寸的计算方法。根据计算结果,设计了中心频率为94GHz输入模式为TE₀₃模式的带有一级反射面的Vlasov准光模式变换器。结果表明:转换效率达到87.36%。并利用软件计算的方法,首次对3mm波段Vlasov模式变换器功率容量进行研究,结果表明,功率容量达到330MW以上,基本不会出现由于功率过高而产生击穿现象。研究轴线弯曲与半径微扰圆波导中的模式耦合问题,并在耦合波理论的基础上,推导出了各类型变换器的耦合波方程组以及相应的耦合系数一般表达式。针对半径渐变微扰波导模式变换器进行了详细的仿真优化设计,设计出高效、宽带、紧凑的波导TE₀₃-TE₀₂-TE₀₁模式转换器。在此基础上,设计了中心频率为94GHz,直径为18mm的半径渐变圆波导TE₀₃-TE₀₂模式变换器,设计效率为98.7%,90%以上转换效率其带宽为4.14%。同时,半径渐变圆波导TE₀₂-TE₀₁模式变换器,设计效率为98.4%,90%以上转换效率其带宽为7.83%。研究了常曲率弯曲模式变换器,采用软件仿真的方法,设计出高效、紧凑的波导TM₀₁-TE₁₁模式转换器,有效抑制了这类型模式变换器的寄生模式的输出功率,提高了转换效率。在此基础上,设计了中心频率为3.7GHz,直径为8cm的双弯曲TM₀₁-TE₁₁模式转换器,设计效率为98.6%。90%以上的转换效率其带宽为19.1%,满足高功率传输需要。