相控阵雷达是通过大量的天线单元将能量辐射到空间进行功率合成,最终形成需要的波束指向的电子设备。相控阵雷达相较于传统雷达,具有波束形状和波束指向快速变化的能力和很强的自适应能力。随着现代的射频微波技术、微电子技术和信号处理技术的快速发展,相控阵雷达也逐渐趋于小型化和多领域的使用。当下对相控阵雷达的研究已经逐渐趋向于其体积、重量、功能性、稳定性和专用型等方面,因此相控阵的波控系统也需要发展到更高的集成度、更多的功能和更快的响应速度。而本课题源于某公司的二维相控阵雷达项目,以相控阵雷达的波控系统为研究对象,具有很强的实用性。本文首先分析了波控技术的研究背景和国内外的研究现状,然后研究了相控阵雷达的类型和工作原理,在分析了一维相控阵的天线方向图函数的基础上,研究了二维矩形排布式相控阵的天线方向图函数,进而对二维三角排布式相控阵的方向图函数进行了研究,得到了利用波束指向角度计算出天线波控码的方法。同时为了提高天线的波束指向精度和减小波束跃度,引进了虚位技术,分析了虚位技术的基本工作原理,得出了符合实际情况而改进虚伪技术的方法。此外,对可能造成天线波束指向误差的因素进行了分析,并对其修正方法进行了研究,对相控阵波控系统的结构进行了设计和搭建。然后为了搭建相较于一般相控阵而言体积更小、功能更全面、响应速度更快的波束控制系统,采用了更加灵活的射频开关电路搭建方式和集成度更高的波控电路设计。首先在射频电路方面增加了更多的开关芯片,让电路的控制可以更加灵活,根据产品的不同模式通过主控芯片控制开关即可完成模式切换,使得相控阵系统具备了全阵脉冲收发模式和收发同时工作的连续波模式。通过改变射频开关电路的开关控制逻辑,可对相控阵系统进行不同的模式切换。实现了在脉冲模式下相控阵系统全功率运行,而在连续波的模式下相控阵只需半功率运行的状态,因而可以根据实际需求来得到不同的功能和更小的功耗。其次在波控电路方面,为了实现相控阵系统更高的集成度和更快的响应速度,使用FPGA作为波控系统的主控芯片,可以大幅减少电路构建的复杂度,而且FPAG的并行运算的特性可以让系统在运行速度上大幅提升,同时在电路上添加了存储电路、温度传感器电路、接口电路、差分串口通信电路和稳压电路等,让系统可以获得监控、存储、通信等更加丰富的功能。为实现综上所述功能,设计中采用美国Xilinx公司的ISE开发平台和Spartan-6系列的芯片,利用Verilog HDL进行了软件程序的设计,同时使用了Mentor公司的Modelsim仿真工具对各软件模块进行仿真验证和程序调试,通过分析仿真波形从而验证各模块的功能,然后对其软件算法进行改进,进一步减少波控码计算所需的时间。并提出了通过在现有硬件基础上增加软件控制逻辑实现对波束指向精度修正的技术方案和天线自校准的操作流程。以此实现的可闭环自校准流程可以使所设计的相控阵系统具备更高的兼容性和稳定性。最后将整个相控阵天线系统在暗室中进行了测试,通过使用矢量旋转法首先在近场测试系统中测试出了阵面上所有天线阵元的初始相位,并对天线阵面的所有阵元进行相位配平,通过对比配平前后的天线阵面相位,实现了相控阵系统波束指向精度的进一步提高。在天线阵元相位大致配平的前提下对相控阵天线进行了五组角度的测试,通过分析天线的和差方向图,进一步得出天线系统的实际指标。得出了和波束3d B波束宽度≤8°,波束扫描范围±45°,差波束零深（相对和波束峰值）优于-30d B（法向）,差波束双峰增益差（峰峰值）≤2d B,各项指标均处于较好的状态。通过对指标的分析,验证了本次基于FPGA的二维相控阵雷达波束控制系统的可行性。