本文结合太赫兹技术最新发展动态,对0.22THz大功率回旋管高过模输出结构中模式变换系统进行了详细的研究。通过理论分析和模拟仿真技术提出了模式变换器和多模辐射喇叭的设计方案,实现了TE03-TE02-TE01-TE11-HE11的模式变换。论文的主要研究内容如下:1.完成了太赫兹波大功率回旋管输出结构中模式变换器的理论分析和设计。通过理论分析和数值计算,研究了周期半径微扰结构和轴线弯曲结构波导的变换效率与带宽,结果表明,TE03-TE01的转换效率达到98.11%,转换效率大于90%的带宽达到6GHz;TE01-TM11模式转换效率达到96.2%,转换效率大于90%的带宽达到了58GHz。2.提出采用介质填充的方法,研究了输入输出共轴的圆波导TE01-TE11变换器物理模型。采用介质填充的方法获得两扇形波导内TE11模式的半周期相差,最终实现圆波导TE01-TE11模式变换。利用HFSS对模式变换器的相关参数进行了仿真优化,得到了0.22THz模式变换器的最佳转换效率和带宽。结果表明,该种结构可以实现TE01-TE11的模式变换,虽然结构总长度相比轴线弯曲的圆波导模式变换器的长度明显减小,但是效率和带宽都明显降低。3.采用多模喇叭结构将TE11模转换成线极化的HE11模,模拟了中心工作频率在0.22THz的多模喇叭天线,优化了结构参数,得到了较为良好的辐射方向图。