过模圆波导在提高功率容量的同时, 不可避免地会造成微波源中同时存在多种模式。为了监测X波段长脉冲高功率微波源TM01模的输出功率和频谱, 采用CST软件仿真设计了X波段高功率宽带选模定向耦合器, 在耦合TM01模的同时可实现对TM02和TE11模的抑制。波导腔体及耦合孔的尺寸以小孔耦合理论和相位叠加原理为基础并结合切比雪夫分布函数计算确定。仿真结果表明: 该高功率宽带选模定向耦合器在9.0~9.8 GHz的带宽范围内, 耦合度为(-59.08±1) dB, 定向性大于30 dB, 对TE11模的抑制度大于15 dB, 对TM02模的抑制度大于30 dB, 功率容量大于2.5 GW。

设计了一种高功率圆波导TM01-矩形波导TE10模式转换器，可以实现圆波导TM01模式与矩形波导TE10模式之间的相互转换。仿真结果表明：中心频率为9.7 GHz时该模式转换器转换效率大于99.99%，回波损耗小于-40 dB,转换效率大于90%时的带宽大于0.4 GHz。调节底面短路圆波导长度可以实现模式转换器在9.2~10.1 GHz范围内调谐(模式转换效率大于99%)。在圆波导和耦合段连接处引入倒角可有效降低场强，提高功率容量，注入功率0.7 GW，其表面场强小于1 MV/cm。

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。

设计了一种结构简单的高功率微波方圆模式转换器，可以实现圆波导TM01模式与矩形波导TE10模式之间的相互转换。转换器工作在C波段，中心频率4.1 GHz，其输入端口和输出端口相互垂直。计算和仿真结果表明:中心频率处该模式转换器的转换效率可达99%，回波损耗小于-20 dB，转换效率大于90%的带宽大于0.2 GHz。转换器整体3维尺寸都只有10 cm左右。

设计了一种新型L波段慢波结构式圆波导TM01-TE11模式转换器,该转换器的尺寸为15.0 cm×40.8 cm,通过金属分割片将圆波导分成两个180°区域并在其中一个区域内设置半环形慢波结构.当TM01入射时,在两个区域内激励起扇形波导TE11模式,由于慢波结构的存在,该模式在两个区域内的传播常数不一样.适当调节慢波结构的参数,可使两个区域内传输的扇形TE11模式在金属分割片尾部相位相差180°,这两个扇形TE11模式耦合成为圆波导TE11模式输出,实现模式转换.建立数值模型并进行了模拟,结果表明在工作频率1.8 GHz处转换效率96%,反射率低于0.04,功率容量超过1.7 GW.

设计了一个紧凑型宽带L波段TM01-TE11模式转换器.该转换器使用同轴TEM和矩形TE10模式作为过渡模式,提高了模式转换器的工作带宽,缩小了模式转换器的尺寸,并且模式转换器的输入输出同轴.建立了一个尺寸为φ20.5 cm×55.2 cm的设计模型,并进行了数值模拟.结果表明:该模式转换器工作频率为1.63～2.22 GHz时转换效率超过90%,相对带宽超过30%;在1.72 GHz处转换效率达99.8%;工作频带内反射系数小于-11 dB,最低为-26.3 dB;该模式转换器的功率容量大于1 GW.