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许多高功率微波源产生的微波模式都是圆波导轴对称模，因此研究轴对称模式的天线辐射技术具有重要意义。本文从理论推导、数值计算和实验等方面研究了两类可以直接辐射轴对称模式的天线—Vlasov天线和COBRA天线。 在理论上，对Vlasov天线和反射面式COBRA天线进行了一系列研究。在Vlasov天线方面：用矢量绕射理论建立了天线辐射场的计算模型并编写了计算程序，该程序计算结果在主瓣上与实验测量吻合良好，近旁瓣也基本一致；利用矩量法计算了天线的反射系数，表明该天线有较小的反射，总的能量反射小于0.25％；详细分析了天线的辐射特性，给出了天线辐射波束相关参数的估算公式和天线设计公式；进一步研究和论证了Vlasov天线辐射高阶轴对称模的可行性；对天线的密封方式和功率容量进行了讨论，结果表明在不需很大密封罩的情况下可以获得GW级的功率容量；为了用Vlasov天线辐射同轴TEM模，研究了TEM-TM01模式转换器的设计，得到了一些基本规律；最后，介绍和分析了带有锥形喇叭的Vlasov天线。在COBRA天线方面：重新阐述了反射面的设计公式，该反射面是几块不同焦距抛物反射面的共焦共轴组合；用电流分布法推导了天线的辐射公式并编写了计算程序，利用该程序对天线的辐射方向图和频带宽度进行了讨论，计算表明这种天线可以在轴线上获得高增益的圆极化波（当反射面直径为1.3m时增益为30dBi），其3dB带宽为78％；推导了同轴TEM模作为COBRA天线馈源时的辐射公式；最后，提出并设计了一种折叠式COBRA天线。 实验上，设计了带有反射面的Vlasov天线并进行了冷测。测量结果表明，所加工天线可以在很宽的频带内（至少3.6GHz-5.6GHz）工作，获得从19dBi到23dBi的较高增益。测量结果和计算结果吻合良好，进一步验证了上述理论计算的正确性。