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天线作为高功率微波系统的终端,直接决定了整个系统的性能和应用方向。为了增强高功率微波对目标的作用效果,需要根据作用目标种类和方位的不同,对微波频率进行改变,并对微波波束指向进行实时调整。为实现上述目标,要求高功率微波天线需要具有宽带或可调谐工作能力,大范围波束扫描能力以及较高的功率容量。而现有的高功率微波天线在工作带宽、波束扫描范围等方面还无法很好地满足实际应用的需求。在此背景下,本文将传统微波领域的连续横向枝节（Continuous Transverse Stub,CTS）结构引入到了高功率微波领域,以此为基础,研究了两种高功率微波阵列天线。第一种是平板波导馈电的矩形口面CTS阵列天线,通过对枝节的形状进行优化设计并引入机械式调频结构,实现了宽带和可调谐。此外,为实现更高的功率容量,对CTS辐射结构进行了改进,并设计了阶梯式功率分配的馈电系统,有效地降低了天线在横向方向上的旁瓣,能够满足现有高功率微波的应用需求。第二种是径向线波导馈电的圆形口面CTS阵列天线,并以该天线作为馈源,配合新型的复合介质透镜,通过旋转透镜实现了较大范围内的二维波束扫描。论文的主要工作如下:1.提出并研究了基于平板波导馈电的宽带可调谐CTS阵列天线。该天线采用准TEM模式馈电,具有低剖面、易于拼装组阵和工作带宽较宽的特点。本文对该直线阵列的设计理论和设计方法开展了系统的研究,探索了宽带设计方法,提出了可调谐结构,并提出采用Hamming分布作为口径分布函数,从而兼顾了高增益、宽波束宽度、低旁瓣以及高功率容量等。设计了一工作于X波段8.4 GHz的直线阵列,并开展了数值模拟研究。结果表明:该天线的相对工作带宽达到19%,调谐后带宽可以达到39.5%。为给组阵后的平面矩形CTS阵列天线馈电,设计了宽带功分馈电系统和介质隔离窗,其相对带宽均达到21.6%。仿真结果显示在不考虑欧姆损耗的情况下,超过95%的能量被辐射出去,整个系统的相对工作带宽超过19%,功率容量可以达到1 GW,该辐射系统有应用于宽带高功率微波系统的潜质。2.研究了基于平板波导馈电的高功率CTS阵列天线。为实现更高的功率容量,对传统CTS单元的结构进行了改进,并对CTS直线阵列进行了重新设计。为了降低在组阵方向上天线的旁瓣,本文提出了采用阶梯式分布的馈电结构进行馈电的思路,并设计了对应的功分馈电系统。该馈电网络实现了阶梯式功率分配和等相位输出,具有结构紧凑、反射系数小、输出微波幅值稳定和相位抖动小的特点。对该功分馈电系统的数值模拟计算表明其功率容量可以达到2 GW,插入损耗小于-30 d B。接着,完成了功分馈电系统和改进后平板波导CTS阵列天线的联合仿真研究,结果表明在8.4 GHz处该辐射系统的增益为42.8 d Bi,在E面上,天线的旁瓣电平为-19.9 d B,波束宽度为1.5°;在H面上,天线的旁瓣电平为-17.8 d B,波束宽度为1.2°,可以满足实际应用的要求。3.提出并研究了基于径向线波导馈电的圆形口面CTS阵列天线。该天线包含13圈同心圆环状CTS结构,具有结构紧凑、功率容量高的特点,除可以作为紧凑型天线使用外,还可以作为波束扫描天线的馈源天线。本文详细分析了该天线的工作原理和设计过程,并对工作于Ku波段14.25 GHz的天线模型开展了系统的仿真研究,结果表明:当注入圆极化TE11模式时,该天线的方向图为实心笔状,在中心频点14.25 GHz处,天线的增益为35.3 d Bi,旁瓣为-21.6 d B,天线的波束宽度为2.3°,轴比小于0.1 d B。当注入同轴TEM模时,该天线的方向图为空心圆环状,最大增益为32.63 d Bi,旁瓣为-15.0 d B,口面电场分布基本为均匀分布。加工了一套径向线CTS阵列天线并开展了低功率条件下的实验研究,测得的方向图与仿真结果吻合较好,验证了该天线的性能。4.提出并研究一种新型的高功率复合介质透镜。该透镜为介质填充的椭圆孔圆形阵列透镜,具有结构简单,波束偏转角大的特点。通过理论分析和仿真模拟相结合的方法,完成了对透镜传输子单元的移相特性分析和结构优化,并为径向线CTS阵列天线设计了对应的透镜阵列,实现了微波聚束和二维波束扫描。为验证组合后复合介质透镜波束扫描天线的性能,对工作于14.25 GHz的天线系统开展了详细的仿真研究和低功率实验研究。结果表明:该天线系统可以实现俯仰面偏转角度-45.6°到45.6°,方位面偏转角度0°到360°内的波束扫描。在波束扫描过程中,复合介质透镜天线的反射系数基本没有变化,在中心频点处反射系数始终小于-15 d B,天线的最大增益为38.1 d Bi,增益变化范围小于1.7 d B,最大口径效率为80.5%,实验结果与理论结果和仿真结果均吻合较好。此外,为验证该天线在高功率状态下的工作性能,还开展了高功率实验研究,结果表明:该天线的功率容量超过250 MW,在高功率状态下,天线工作正常,天线的波束指向与理论计算基本一致。与现有的高功率微波波束扫描天线相比,该天线具有结构紧凑、扫描范围大以及波束扫描控制方式简单等优点。