相对论绕射辐射器件是高功率毫米波器件中的一个非常重要的研究方向，在国家自然科学基金的支持下，我们研制成功了功率大于300MW8毫米绕射辐射振荡器。本文对该器件的输出装置进行了详细的理论分析与实验研究。主要工作包括Ka波段过模圆波导激励TM<,On>模的研究、圆锥喇叭天线的辐射特性分析、Ka波段矩形开口波导有效接收面积的研究、绕射辐射振荡器的辐射信号的分析。 本文的具体工作如下： (1)我们研制的相对论绕射辐射器件采用过模圆锥喇叭作为输出装置。为了准确测定器件输出的模式与功率，必须要确定输出喇叭的远场辐射特性，因此我们需要考虑如何得到辐射模式与器件工作模式一致的喇叭远场辐射图。我们提出了通过同轴探针在过模圆波导中激励出器件所工作的TM<,On>模。本文首先用复功率守恒技术结合广义散射矩阵技术对8mm过模圆波导中TM<,on>多模激励及选模的问题进行了严格的全波分析，得到了同轴探针的反射系数和圆波导中激励出的TM<,On>模功率分布，并研究了不同频率下同轴探针长度对激励模式的影响。通过理论分析与计算机模拟，设计出了由同轴探针和过模圆波导组成的模式转换器。数值计算结果与HFSS模拟结果、冷测实验结果基本一致。通过该装置可以激励出所需要的TM<,On>模式，从而为确定该器件的功率和辐射特性奠定了基础。 (2)在得到过模圆波导同轴探针，IM<,On>多模激励的模型基础上，我们进一步以此模型分析过模圆锥喇叭的辐射特性。我们对圆锥喇叭采用阶梯近似，同样使用复功率守恒法来分析此多级级联系统的散射特性。通过分析总的散射矩阵得到喇叭口径面上的各模比系数，数值计算结果和HFSS模拟结果进行比较，发现结果基本一致。最后根据圆口径辐射远场公式计算得到了输出窗的远场辐射图，并对圆锥喇叭的近场辐射特性进行了冷测，这对后面的空间功率密度分布测量和辐射模式分析起到了重要的指导作用。 (3)通过模拟仿真和实验测试得到BJ-320开口波导作为天线的口径利用系数约为1.56，两者结果基本相同。 (4)通过分析热测实验中得到的模式图及空间功率密度分布，结合理论分析及模拟仿真结果，发现结果是基本一致的。