相控阵天线具有快速的波束扫描能力和灵活的波束形成能力等优点,在现代雷达和通信系统中得到了广泛运用。未来先进多功能电子系统将把通信系统、雷达系统、电子战系统、定位系统等诸多子系统集成于一个单一孔径,因而对相控阵天线同时具备宽工作带宽、宽角波束扫描、低剖面以及低散射等性能提出了迫切需求。强耦合宽带相控阵将阵元间互耦效应视为有利因素,在宽带宽角扫描以及低剖面等性能上表现出独特优势。基于强耦合效应的宽带相控阵天线设计思想突破了传统阵列天线理论框架的限制,有望为具有低剖面、低散射特性的宽带宽角扫描相控阵天线的实现开辟新途径。本论文以解决相控阵天线面临的上述需求为出发点,对强耦合宽带相控阵的辐射与散射特性展开协同研究,并提出多种关于强耦合宽带相控阵的有效散射控制方法。本文主要内容概括如下:1.强耦合宽带天线阵辐射与散射特性平衡实现技术研究关于强耦合宽带天线阵的研究一般主要集中在其辐射特性,对散射特性的关注和研究则相当薄弱。本文开展关于强耦合宽带天线阵的辐射与散射特性平衡实现技术研究,提出一种同时具有超宽带宽角扫描特性以及超宽带低后向散射特性的强耦合偶极子天线阵设计方法。通过二端口等效网络分析模型对天线阵口径上方加载的介质覆盖层进行快速高效优化,并结合阵列本身馈电结构的优化设计,实现阵列超宽带宽角扫描辐射特性与超宽带低后向散射特性的平衡。以一款辐射性能表现基本相当的渐变开槽阵列作为参考阵列来定量评估强耦合阵列的低散射特性。作为验证,分别加工测试了一套6×6强耦合阵列样件和一套具有相同口径面积的4×8参考阵列样件。实测结果表明,该强耦合阵列在4:1(4~16 GHz)阻抗带宽内(Active VSWR<3.5)可实现±60°的波束扫描范围。此外,在平面波垂直入射下4~18 GHz超宽频段内相比于参考阵列至少能够实现5 dB的单站雷达散射截面(radar cross section,RCS)减缩,并且在不同平面一定角域内也表现出了显著的低RCS特性。2.加载人工磁导体地板的低剖面低散射强耦合宽带天线阵研究常规强耦合宽带天线阵一般使用介质覆盖层加载来辅助实现阵列的宽带宽角扫描性能,这种方式不但会增加阵列剖面高度,对于工作在UHF等较低频段内的阵列来说还会显著增加其自身重量。为此,本文首先提出一种无需任何覆盖层加载以及将馈电网络中的功分器水平放置于地平面上的低剖面宽带强耦合偶极子天线阵形式,并在偶极子辐射口径两侧加载寄生金属条带来保证阵列的宽带宽角扫描能力。该阵列的剖面高度只有0.27倍高频波长,明显低于目前已公开报道的其他宽带宽角扫描天线阵。然后,通过将阵列原来的金属地板用一种基于极化转换超材料(polarization conversion metamaterial,PCM)表面的人工磁导体(artificial magnetic conductor,AMC)地板代替,最终在PCM棋盘型表面的散射对消作用下,实现对该阵列带外后向散射特性的有效控制,并同时保持其带内辐射性能不发生明显恶化。为验证本设计,加工并测试了一套8×8阵列原理性样件。实验结果表明所提出的阵列在4:1(0.5~2.0 GHz)阻抗带宽内(Active VSWR?3.1)可以分别实现E面±60°和H面±45°的波束扫描范围,并且通过加载AMC地板成功实现了平面波法向方向附近入射下带外6~18 GHz超宽频段内的单站RCS减缩控制效果。此外,还提出一种在期望工作频率更高时能够完全满足标准多层PCB加工容限要求的巴伦改进结构设计方案,并据此设计了一款一体化宽带强耦合偶极子天线阵,仿真结果显示该阵列在3:1(6~18 GHz)阻抗带宽内(Active VSWR<3.0)可以实现±60°的波束扫描范围。3.基于相位优化技术的强耦合宽带天线阵带内散射控制研究为了突破从阵列单元层面进行结构优化设计以实现强耦合宽带天线阵带内散射控制的局限性,本文借鉴阵列综合思想从相位优化角度出发提出一种更加灵活的基于相位优化技术的系统化方法来对强耦合宽带天线阵的带内散射进行控制。该方法的核心思想在于通过只优化阵列各个单元馈电端口处引入的相位激励就可以实现阵列天线在工作频段内指定区域内的散射控制,并同时保证该阵列的带内辐射性能基本不被恶化。为了实现对该相位激励的快速系统优化,分别提出在考虑所有互耦效应条件下,包含附加相位贡献的阵列散射特性和辐射特性快速有效综合方法。然后采用协同优化方法对阵列天线的散射性能和辐射性能进行优化,以达到阵列辐射与散射特性的平衡。以一个工作在8~12 GHz、波束扫描范围为±60°的16单元线阵为对象并结合具体的散射减缩优化综合算例来证实了该方法的有效性。