相控阵天线具有灵活的波束控制和较好的抗干扰能力,在军用和民用领域得到了广泛的应用。逐渐替代了传统的机械旋转控制方式。然而传统的平面微带相控阵天线扫范围受限,已经严重地制约了相控阵的发展。近年来,拓展相控阵天线波束覆盖范围和有效工作带宽成为了研究的热点问题。本论文基于微带贴片天线谐振模式理论,对相控阵天线实现宽角扫和拓展有效工作带宽进行了研究,主要研究内容如下:第一章主要概述了本文的研究背景以及研究意义,同时综述了相控阵天线拓展扫范围和展宽带宽的研究现状。最后对后续论文章节进行了安排;第二章主要述了微带天线的模式理论和相控阵天线的波束扫机理。主要是:常规矩形微带贴片的模式理论、场分布以及模式的辐射方向图。后面介绍了相控阵天线的工作原理。本章为后续设计宽带、宽角扫相控阵供了理论依据;第三章主要介绍了两款基于模式理论设计的宽波束单元及其相应阵列天线的设计。首先基于矩形贴片的改进型TM₂₀模式构建宽波束天线单元,实现了一维宽角度扫。区别于常规的TM₂₀模式,本文通过改变贴片表面电流分布,弥补了在边射方向的辐射零点,构建了宽波束单元,并构建阵列实现了一维宽角扫。同时在单元之间添加了金属化过孔,保证了单元之间较好的隔离。其次,基于不同贴片的不同模式相互补充,利用矩形贴片的TM₁₀和TM₀₁模式和圆形贴片的TM₂₁模式相互结合,构建联合宽波束单元,实现了二维宽角扫。矩形贴片的TM₁₀和TM₀₁模式可以在弥补圆形贴片TM₂₁模式在边射方向辐射零点的同时保证极化的一致性。最后对上述两款天线阵列进行加工。对上述加工样机的S参数和辐射方向图进行测试,与仿真结果吻合度较高,达到了较好的效果。第四章基于波导结构中不同模式,出了通过两种模式的相互混合,拓展了天线单元的工作带宽,构建宽带宽波束单元,并构建阵列实现一维宽带宽角扫。单元四周的金属柱实现了阵列扫过程中天线单元相互之间较好的隔离,保证了在扫过程中一定有效的工作带宽。第五章总结了本论文的上述工作,同时出了未来需要进一步探究的方向。