本文首先简要介绍卫星导航系统的相关信息,概括了四臂螺旋天线的起源与发展历史,推导了四臂螺旋天线的环偶极子模型,根据推导结果进一步得出四臂螺旋天线的辐射特性、极化特性与结构的关系,提出面临的新挑战,然后基于有源方向图的定义,分析研究四臂螺旋天线的有源方向图,同时提出了一种新的四臂螺旋天线性能最优化的设计方法。研究四臂螺旋天线不同螺旋臂之间馈源的幅相关系与天线辐射性能的联系,提出了通过馈源的配幅配相实现所需天线辐射性能的最优化设计。特别针对工作在非对称平台上的四臂螺旋天线,采用最优化算法,根据不同的性能需求,得到相应的馈源幅相关系。之后,设计了一款具备配幅配相功能的馈电网络,同时提出并推导了配幅配相后的四臂螺旋天线的有源阻抗及匹配的公式。设计、加工并测试一款工作在S频段的北斗导航终端四臂螺旋天线。最后,以本文的工作作为立足点归纳总结了天线最优化设计的本质及其实现流程。主要内容如下:第一,综述四臂螺旋天线的起源与发展历史,之后简要介绍了最优化理论与算法。第二,推导了经典的四臂螺旋天线环偶极子模型,根据推导结果总结四臂螺旋天线的辐射机理,同时推导分析了螺旋天线的辐射机理,提出四臂螺旋天线面临的新挑战。第三,提出了研究四臂螺旋天线的有源方向图的分析方法,从场源的角度出发,考虑螺旋臂之间的强互耦作用的同时,分析四臂螺旋天线的远场辐射特性,定义了对称平台与非对称平台的概念,通过仿真实验验证非对称平台对四臂螺旋天线圆极化性能的不良影响。第四,将四臂螺旋天线不同螺旋臂之间的馈源的幅相关系作为四臂螺旋天线最优化设计中的一个自由度,通过最优化算法求解相应的馈源的幅相关系,修正非对称平台对四臂螺旋天线圆极化性能的影响,最终实现所需天线性能最优化的设计。第五,针对一款工作在S频段的北斗导航终端四臂螺旋天线设计需求,利用本文提出的四臂螺旋天线最优设计方法进行设计,同时设计了相应的馈电网络实现不同螺旋臂之间馈源的配幅配相,提出并分析了该优化设计方法下的四臂螺旋天线有源阻抗与匹配的问题,之后,加工并测试了天线实物。第六,总结本文的工作,并提出之后的研究方向。