传统相控阵天线虽然具有众多的优点,但是由于受到孔径渡越时间和波束指向漂移的限制,难以在大扫描角度下实现宽瞬时带宽。随着电子科学技术的快速发展与应用,电磁环境日趋复杂,各种有源和无源干扰、反辐射导弹以及其它先进的电子对抗系统,严重的威胁着相控阵雷达的工作与生存,为了有效对付这些威胁,雷达需要具有抗干扰、抗轰炸、反隐身、反低空突防能力,采用宽带、宽角有源相控阵天线(相对瞬时带宽≥±10%,扫描范围≥±45°),是先进雷达实现“四抗”能力的途径之一,也是近年来雷达技术研究的热点,它一般通过延时补偿来抵消孔径渡越时间和波束指向漂移,可以应用在宽带甚至超宽带雷达的波束形成与处理中。宽带、宽角有源相控阵天线是多任务共享孔径的大空域扫描天线,可以同时探测识别并跟踪多个目标,具有广阔的应用前景。本文密切结合天线与微波技术国防科技重点实验室课题“宽瞬时带宽相控阵天线系统频响特性研究”,系统的研究了在大瞬时带宽、大扫描角情况下,有源相控阵天线单元与阵列的详细设计方法和频响特性,从理论上分析了影响相控阵天线瞬时带宽提高的因素以及大型相控阵天线阵面上数以万计的有源收发通道的幅相起伏和幅相一致性对系统性能的影响。作者的主要工作和研究成果可概括为以下几个方面:1.研究了两种适用于宽带、宽角相控阵天线的宽带天线单元—多层孔径缝隙耦合微带天线和新型槽线天线。利用Q因子理论来指导超宽带天线设计,天线单元的外形尺寸与阻抗带宽的扩展是相互矛盾的,本文利用多贴片式谐振、增加基片厚度、缝隙耦合和阻抗加载方式,拓展天线单元阻抗带宽,并通过在贴片周围加入金属化过孔(vias),抑制沿介质传播的表面波,提高天线的辐射效率;通过填充高介电常数材料实现E、H面扫描,加工了实物,并对其阵中有源驻波特性和辐射特性进行测试,实测结果和仿真结果一致性较好,满足阵列宽带宽角扫描要求;2.研究了基于多目标优化的改进差分遗传算法的不等间距阵列综合问题。通过对交叉概率因子(CR)和变异策略的分析,提出了一种新型自适应差分遗传算法,该算法基于每一代种群的多样性对算法的CR和变异策略进行自适应选择,在收敛速度和求解精度方面均优于传统算法。利用该算法研究了不等间距阵列宽带宽角扫描问题,优化单元间距、幅度,计算结果表明,优化后不等间距阵列天线可以进行宽带宽角扫描;3.通过大位延迟线和小位延迟线在阵面混合优化配置,提出了一种在宽带相控阵天线中分级使用延时网络扩展瞬时带宽的方案,该方案可获得与阵元级接入一致的指向校正精度,简化了系统的复杂度,降低了成本,具有较好的工程实现性;针对宽带相控阵天线中子阵级配置实时延时网络方案,分析了不同方案下相位补偿量化误差曲线,提出了一种由于量化误差引起的波束指向偏差修正方法,通过在子阵内随机配置延时量,指向偏差与波束宽度比小于0.5%,指向偏差小于0.2%,达到了修正天线带内色散的目的;4.根据宽带宽角相控阵天线频响特性的原理,建立系统的数学仿真模型,分析计算各有源通道的带内幅相误差和幅相起伏对阵面频响特性的影响,重点分析在不同误差量级,不同误差位置对系统频响特性的影响,并根据试验数据,进行迭代修正后,得到仿真模型。将测量的阵面系统幅度、相位频响特性代入雷达系统中进行修正,并做成像试验;5.分析了天线罩对阵列天线的频响特性影响,并研究了适用于宽带宽角有源相控阵天线的双层有源频率选择表面(AFSS)天线罩,该AFSS由频率选择表面(FSS)、PIN二极管阵列和DC馈线网络构成,通过调节二极管阵列偏置电流,动态调节AFSS的透过特性,实现在制定频带的开关切换,加工了实物,并测试了其在不同极化和不同入射角下入射系数和反射系数。