气象雷达是通过测量大气中的雨滴、云团、冰晶、雪花等水成物对雷达发射脉冲的散射回波功率推测水的含量、云轮廓和空间分布。大气探测是大气科学的重要组成部分,是气象业务和气象服务的基础,要提高气象预报的准确性,提高大气探测的技术水平是首要任务。毫米波是指1-10毫米间的电磁波,鉴于毫米波探测能力强、测速精度高、时空分辨能力高的特点,使得毫米波雷达已成为探测云垂直结构的主要工具。毫米波雷达最常用的两个大气窗口频段是35GHz (8mm)和94GHz (3mm),8毫米波雷达主要用于地基探测,3毫米波雷达主要用于机载和星载。然而随着电磁波波长的缩短,传统的双工器难以适应微波高功率的要求。透射式金属光栅双工器虽然能够克服功率容量的限制,然而在W波段工作时,光栅条要加工至非常细,在机载时容易发生振动,会使系统性能极其恶化。本文研究设计了一种反射式金属光栅双工器,其核心是反射式金属光栅圆极化器和反射式金属光栅极化分束器。既能够适应高功率的要求,在机载的时候性能也不易受到影响。本文首先利用空间Floquet模理论和模匹配法对光栅的散射特性做了详细分析,并推导出了光栅端面和波导内部突变界面上的匹配方程,并给出了散射矩阵的级联方程。鉴于反射式光栅的特殊性,给出了一种更有效的级联方式,理论上是传统级联方式计算速度的四倍。然后,编写了相应的计算程序,应用编写的程序设计了W波段矩形光栅圆极化器,并应用阶梯近似的方法优化得到了双U型光栅,其在功率容量和带宽上都有较大的提高。最后,根据所得到的参数在CST中建立模型,仿真结果显示,双U型光栅右旋极化波与左旋极化波相差33.078dB,中心频率94GHz上的轴比为0.47dB,很好地实现了右旋极化转变。再次,利用编写的程序设计了矩形金属光栅极化分束器,为了提高极化分束器的衍射效率优化设计了双U型和SIN型光栅,后者衍射效率高,能够在保证TM波按照0级波束衍射的同时,把TE波几乎全部地转化到-1级衍射波束上,很好地实现了极化分束。