随着人类对自然规律的研究和探索,越来越多的自然规律被发现并且应用于生活之中,而电磁波的发现,促进了人类通信飞跃式发展。人们对电磁波特性进行了深入的研究,并对其收发装置进行了各种各样的设计,而在这些收发装置中最重要的原件便是天线。要实现电磁波的高效率的无线传输,天线的性能对其影响巨大。随着通信技术的不断进步,传统的天线已经无法满足大数据量、快速响应和切换方向等要求。而通过电磁场叠加原理实现辐射的阵列天线以其高的辐射增益、快的电子开关控制、精确的指向等优点得到了广泛的应用。随着芯片产业和微波集成电路的发展,通信组件趋向于小型的趋势是肯定的。而微带天线以其小巧、容易安置的原因,广泛应用于海洋卫星、航天飞船、机载设备以及汽车防碰撞系统中。同时阵列天线在民用方面有很广泛的用途,对于气象研究、卫星导航,其中其作为第五代移动通信技术的关键组件,支撑和满足灵活、快速、庞大的数据通信。本文通过对相控阵微带天线在军事以及民用方面中的应用,说明了其研究的意义和现状。通过对相控阵微带天线的研究现状的分析,总结出目前的相控阵微带天线的小型化、高频率、阵列化的研究方向和阵列方向图优化的基本方法。通过对微带天线的辐射原理的分析,按照传输线模型设计了辐射毫米波长的微带天线,并通过ANSYS进行优化仿真得到优化后的天线单元。本文所设计的微带天线增益达到7dB,S11在-10dB以下的带宽大约为1GHz,并且拥有良好的圆极化特性,满足所需阵列设计的需求,使得阵列的性能优化在单个天线方面得以实现。根据阵列综合原理分析了影响阵列天线的几个重要因素,利用MATLAB进行仿真,并将其与原始阵列特性进行对比,发现单元激励的幅度对阵列的特性影响较大,从而得到优化阵列特性的着手点。并根据重要的影响因素,对方向图的特性进行优化。本文通过对空间之中的信号模型进行建立和分析,介绍了空间之中信源个数估计的常用方法。并且对空间波达方向(DOA)的估计典型算法的原理予以推导,引出其拓展算法,并根据其不足进行了改进。根据估计参数对阵列方向图性能进行优化,本文给出了传统的LMS算法优化原理及仿真结果。根据不同于传统方法的思路,通过遗传算法和粒子群算法结合阵列天线实际应用,对其性能进行最优化搜索求解。实现要求固定的副瓣特性下的方向图的优化,使得最高的归一化副瓣值小于-20d B。同时使得方向图在假设的干扰信号来波方向形成零陷,使得阵列具有抗干扰的特性。对标准的粒子群算法在原理上予以改进,同时对影响粒子群算法性能的因素进行了分析。最后,对比了遗传算法和粒子群算法在阵列天线中的优化使用情况,并指出其优势所在。