波束扫描及其最常见的实现方式——相控阵技术,在无线通信和雷达系统中发挥了必不可少的作用。波束扫描技术可以增加通信系统的范围和容量,抗干扰能力和系统灵活性。然而,由于其实现成本过高,数字和模拟波束扫描系统主要用于国防和航空航天领域。近些年由于民用领域对波束扫描技术的强烈需求,我们迫切的需要降低传统波束扫描系统的成本,提供低成本、高性能的波束扫描实现方式。在波束扫描系统中,移相器是最关键的设备之一,也是其系统高额造价的最主要的来源之一。因此,本文的主要工作就是通过降低移相器的成本来有效的降低波束扫描系统的造价。在本文的工作中,我们设计开发了一种成本低、小尺寸、控制方法简单、易于制造的新型相移器,以满足波束扫描系统的需求。本文首先对相控阵的一些基础知识和相控阵中使用的不同类型的移相器进行了综述。然后,我们提出了一种新型的基于可重构缺陷微带结构的移相单元——RDMS。该RDMS移相单元的设计基于传统的微带线结构,有着非常低的成本,设计复杂度,并在天线和微波设计中有着无可比拟的普适性。我们基于RDMS单元进行了若干个移相器的设计、仿真、加工、实测,并与其他同类型移相器进行了比较。相比于其他类型的移相器,基于RDMS的移相器具有设计成本较低、损耗较低、设计自由度高、易集成等诸多优点。随后我们对RDMS移相单元进一步进行了改进,提出了MRDMS单元,它的尺寸更小但性能更加优越。基于MRDMS单元,我们设计总结了一整套完备的移相器设计方案,并对其设计方案中的每一步进行了理论分析,仿真实验和实测。通过比较基于RDMS和MRDMS的移相器,我们发现MRDMS移相器实现了显著的性能提升,且拥有更低的成本和更小的尺寸。随后,我们将之前得到的RDMS和MRDMS移相器用于实际构建波束扫描系统。这里我们采用了两种不同的方案:传统的相控阵天线和可重构部分反射表面天线。该两种方案基于不同的原理但其移相器部分都采用了之前设计的RDMS或MRDMS移相器。仿真实验和实测都显示两种方案皆实现了优越的波束扫描性能。这证明了我们提出的移相器在天线系统中的时效性,可以作为构建未来低成本相控阵天线的优秀备选方案。此外,本文还描述了两个可重构天线的设计。第一个天线为高增益的基于准八木天线的方向图可重构天线。方向图可重构天线是实现波束扫描的另一种低成本实现方式,仅仅使用一个天线,通过控制其电流分布,就可以实现天线工作状态的切换从而实现波束扫描。第二个天线为双频带的极化方式可重构微带天线。这个天线的设计是为了满足无线局域网的需求,覆盖了两个标准频带。同时,该天线可以通过二极管控制其水平和垂直方向的电流分布,从而实现不同的极化方式。无论是极化方式的可重构技术还是方向图的可重构技术都会赋予一个天线更多的功能,从而能让一个天线去替代一组天线,实现复杂通信系统的成本降低。