大型相控阵天线已经在远程预警、天文观测和深空探测等领域发挥独一无二的作用,为更加有效地提高大型相控阵天线的探测精度,研究并提升其天线电性能指标至关重要。在工程实际中,天线背架结构产生变形是导致天线电性能恶化的主要原因之一。一方面天线设计要求背架质量不能过大,否则会引起天线背架刚度重量比降低,使得天线背架结构产生变形,最终致使天线电性能恶化;另一方面天线背架结构受到不确定性因素的影响,会引起结构不确定性变形进而导致天线电性能的波动。为此,本文利用拓扑优化方法提出一新型天线背架以解决天线背架的重量指标与刚度指标的矛盾,实现天线背架的轻量化设计;并在此基础上开展了天线方向图的区间分析,采用区间场模型度量天线背架结构服役工况的不确定性,并探究上述因素对大型相控阵天线方向图的影响。本文的具体工作如下几点:（1）以国家自然科学基金重大项目的创新样机为背景,在原有背架的基础上采用拓扑优化方法提出一款新型背架结构。依据其原有背架的结构尺寸、载荷状况、约束条件等边界条件建立初始的模型,在拓扑优化过程中以天线背架应变能最小为目标函数、体积比为约束函数,通过变密度法得到新型背架的拓扑结构。（2）对新型背架展开预变形补偿并对相关结构性能以及电性能进行了相关分析。根据新型背架的拓扑结构得到新型背架模型;根据新型背架“两端变形大、中间变形小”的特点对新型背架的两端进行预变形补偿以提高阵面精度;对新型背架结构进行了在自重、风载荷、温度载荷以及多种载荷同时作用等多种复杂工况的静力学分析和电性能分析并对阵面精度和电性能分别进行了分析验证;展开了新型背架的模态分析以提供结构基频参数。（3）基于区间场模型提出了一种功率方向图的不确定性分析方法。针对大型相控阵雷达天线阵面在风载荷以及冰雪载荷等不确定性工况作用下产生的不确定性变形问题,通过区间场模型来描述阵面的不确定性变形,与结构-电磁耦合模型相结合,可求解得到具有空间不确定性变形下的大型相控阵天线在不同方位角的远场方向图。从而得到天线阵面在不确定性变形的影响下天线方向图的上下界表征形式。