圆极化天线能抑制雨雾干扰,减小多径反射,消除极化失配,在雷达、卫星通信、军事以及电子对抗中有着广泛的应用。现代通信对设备的小型化、宽频带作业有诸多需求,因此宽带圆极化天线有极大的应用需求。空间来波估计（DOA）能突破阵列波束宽度的限制,实现对空间目标的精确定位,广泛应用于雷达、通信以及声纳等领域。本文围绕宽带圆极化天线和空间来波估计主要开展了如下研究工作:一、基于特征模理论研制了一种宽频微带圆极化天线。利用特征模分析在无激励状态下设计出在具有宽频圆极化辐射潜力的天线结构,然后依据所需模式的特征电流最小差异点确定了天线的最优馈电位置。以改进的共面波导作为馈电结构,最终天线实现了在2.4-3.73 GHz频段的圆极化辐射。二、利用电偶极子和磁偶极子的互易性,设计了一款宽带圆极化磁电偶极子天线。该天线用一对水平金属贴片和空腔等效出平行的电偶极子和磁偶极子。通过引入短路壁,将天线剖面从0.25降低为0.177对应最大工作波长)。测试表明,该天线实现了67.2%（1.7-3.42 GHz）的3d B轴比带宽和稳定的辐射方向图,在整个工作频带上增益保持在4.2-10.4d Bic范围内。三、基于基片集成波导工艺设计了一款背腔E形贴片圆极化天线。该天线通过在矩形贴片上设置不等长缝隙引入微扰,使得原本对称分布的表面电流被扰动,按顺时针方向旋转,实现了左旋圆极化辐射。通过给辐射贴片引入突触,将天线的3d B轴比带宽拓展到16.5%（41.2-48.6 GHz）。天线在整个工作频带内保持了稳定的法向辐射。四、基于双极化雷达阵列的DOA问题定义了一种新的原子范数,将DOA估计问题转换为连续域稀疏重构问题。该方法克服了传统子空间算法不能估计动态目标的问题,也克服了压缩感知法导致的网格失配问题。仿真结果表明,与现有方法相比,该方法可以显着提高双极化体制雷达的DOA估计性能。