模式是传输在波导中电磁波的一个重要特性,当波导中的电磁波以多个模式传输功率时就称其为多模波导。多模波导在雷达领域及高功率微波领域均有着广泛的应用,对其进行准确的电磁建模与高效的数值分析是相关领域工程应用的基础。本文基于积分方程方法(IE)对多模波导传输辐射问题进行了有效的电磁建模,在波导激励端口应用模式匹配法(MM)描述激励面上入射波和反射波的模式分布情况。实际工程应用中,多模波导不仅包含金属结构还包含复杂的介质结构,介质结构的存在往往很大程度上影响着多模波导内部的场分布情况,因此对含金属-介质复合结构的多模波导准确计算至关重要,本文采用表面积分方程方法对金属介质问题进行了一体化求解。高功率微波中的多模波导如Denisov辐射器、波束波导天线等往往具有结构复杂、电尺寸大等特点,本文法对这些实际工程应用中常见的多模波导结构进行了一体化全波仿真,并针对所得结果给出了物理解释。首先,本文介绍了本文研究的基础即积分方程方法,针对波导传输辐射一般模型介绍了IE-MM混合方法的建立过程,通过数值算例对模式匹配法中模式数量选择进行了解释,进一步为了对有限金属壁厚的波导辐射问题电磁建模,本文采取了内外分区的建模方法,在波导内部和外部作为子区域问题分别建立积分方程,最终使用矩量法对所建立方程进行求解,通过与商用软件结果的对比证明了方法的正确性。其次,本文针对含有金属-介质复合结构的多模波导模型采取了EFIE-PMCHW-MM混合方法求解,在金属表面建立电场积分方程(EFIE),在介质表面建立PMCHW方程,在波导端口建立模式匹配(MM)方程。在混合方法中未知量仅存在于待求目标表面,与其他全波方法相比未知量大大减少,求解效率也大幅提高。再次,本文介绍了使用多层快速多极子方法加速IE-MM求解的策略,并从原理上分析了该方法计算复杂度和存储复杂度,数值结果表明这种结合策略可以有效提高求解效率。最后,本文对IE-MM方法的工程应用进行了拓展,对指数型喇叭天线、Denisov型辐射器、波束波导型天线进行了一体化仿真,并对所得结果进行了物理分析。