随着现代雷达的不断发展,相控阵雷达需要满足宽频带工作、大空域覆盖的高性能,对应的雷达天线则需要具备宽带工作、宽角扫描的能力。Vivaldi天线具有宽频带、宽波束以及低交叉极化的优良性能,是高性能宽带宽角扫描有源相控阵天线的重要研究课题之一。本文结合科研项目,对Vivaldi天线单元以及基于Vivaldi天线的有源相控阵进行研究,主要内容可分为以下三个部分:1.Vivaldi天线单元的研究:基于Vivaldi天线的宽带特性和辐射原理,通过研究Vivaldi天线的指数渐变槽缝曲线以及馈电结构,设计并加工了一个常规Vivaldi天线单元,分析了金属地板对天线增益平坦度恶化的影响。研究了一种基于缝隙加载的Vivaldi天线单元,提高了天线的低频增益,改善了金属地板对频带内增益的波动,加工实测验证了该天线在4.5～11.5GHz内具有良好的阻抗匹配以及辐射特性。2.基于单面Vivaldi天线宽带宽角扫描小阵设计:阐述了“小阵”法对大型有源相控阵天线设计的必要性,采用T型金属结构对产生的高次模电场进行扰动,成功抑制了扫描盲点。设计并加工了一个5×8小阵,分析了装配误差对小阵性能的影响,采用铟片改善了性能,实测结果与仿真趋于一致,阵中单元具有良好的有源驻波系数以及宽波束的有源方向图,但是存在交叉极化高的问题。3.基于双面Vivaldi天线大型有源相控阵设计:设计了一款工作于X波段的大型有源相控阵天线用于雷达系统的前端。将200个阵元采用三角栅格阵列排布在口径范围内,降低了阵列成本。采用低交叉极化的双面Vivaldi天线做为单元,设计并加工了5×8小阵,验证了阵中单元良好的辐射性能。根据小阵的装配情况,对整个大阵的结构进行加固,加工并测试了大阵中的6×12阵列,实测结果表明在8～12GHz频带内,整个相控阵的阵中单元有源驻波系数小于2,在中低频段8～10GHz内有源方向图的波束宽度大于100°,在高频12GHz大于60°,并根据有源反射系数计算了有源相控阵的增益大于24.3d Bi,扫描增益损耗小于4d B,满足设计要求,该有源相控阵已经成功地应用在雷达系统上。