阵列天线发展至今已历百余年历史,由于其具有易于实现多波束,波束捷变以及超低副瓣等能力,被广泛用于陆海空天中的通信与雷达系统。实际工程中,阵列天线的机械结构误差对电性能的影响不容忽视,甚至是颠覆性的。随着天线向大口径、高频段、高精度方向发展,传统的机电分离设计不能满足需求,机电耦合设计理念应运而生。本文针对高精度阵列天线机电耦合建模及应用中的几个关键问题进行了深入研究。具体包括:1.建立了基于阵元间互耦效应模式耦合表征的机电耦合理论模型。针对已有场耦合理论模型中互耦效应考虑不足的问题,从阵元间辐射模式耦合的角度来表征互耦效应,揭示了互耦效应的物理机理并改进了相应的机电耦合模型。首先,对孤立阵元进行模式表征,进而建立阵元在阵列环境中所满足的模式耦合平衡方程并获得了阵元的阵中电磁响应;其次,基于场叠加原理导出了阵列天线的辐射、散射及端口特性计算式。在此基础上,综合考虑阵列天线机电耦合关系,建立了基于阵元间互耦效应模式耦合表征的机电耦合理论模型。2.提出了机电耦合模型的高效、高精度求解策略与方法。对于面向电性能的阵列天线结构设计这一类需要迭代分析,导致计算耗时巨大的问题,考虑到阵元结构的无误差特性及结构小变形特点,将模式耦合系数项中的阵元位置偏移误差提取到积分运算之外,导出了阵元阵中模式激励列阵的近似计算式,进而可在保证精度的前提下,快速求解全阵辐（散）射场。将改进的机电耦合模型应用于具有面内与离面两种典型误差的案例,验证了所提方法的正确性和有效性。3.提出了基于机电耦合模型与高效、高精度求解方法的阵列天线结构优化设计模型与方法。以阵列天线机电耦合模型及高效、高精度求解策略为基础,建立了面向电性能的天线结构机电耦合优化设计模型。以钢架结构中梁的截面尺寸为设计变量,以结构重量最小化为设计目标,以天线最高副瓣电平、结构强度等为性态约束,形成了非线性规划模型。针对模型的特点,导出了基于量子粒子群算法的迭代计算格式。应用于某大型阵列天线,取得了满意的结果。4.建立了阵元位置随机误差与天线辐射性能随机量之间数字特征的关联模型。为在设计阶段精确评估天线辐射性能的状态,定量导出了阵元位置随机误差与天线辐射性能随机量之间的关联关系。考虑到阵元位置的小变形特点,特将天线增益随机变量作关于阵元位置随机变量的二阶泰勒展开,从而得到两类随机量之间的关联模型。因互耦效应的存在,致使天线辐射性能指标与阵元位置变量之间不存在显式关系,故采用伴随法得到了相应的敏度信息。与标准蒙特卡罗法对比结果,验证了所提方法的正确性与有效性。5.提出了阵列天线全空域辐射性能电磁补偿方法。实际服役中,多源误差因素导致天线电性能恶化以致达不到预设指标。对于高精度阵列天线而言,为保障其可靠服役,需进行有效的电性能补偿。基于最优逼近理论与机电耦合模型推导了电磁补偿表达式。首先,对于无约束全空域补偿问题,将优化模型转换为复二次型求极值问题,通过求解驻点获得补偿激励列阵。进一步,在全空域补偿方法中,对关键空域的性能指标加以约束,采用Lagrange乘子法进行无约束化处理,进而在保证辐射能量在全空域最优逼近理想分布的情况下实现关键空域的有效补偿。数值试验结果说明了所提补偿方法的正确性和有效性。