天波超视距通信是工作在短波频段内一种重要的通信方式,在军事和民生用途中都发挥着不可替代的作用。通信系统中收发天线质量影响着整个系统的工作质量,因此收发天线的设计至关重要。短波通信系统要求天线不仅在工作频段上实现宽频带特性,而且需在满足俯仰面和方位面波束指向的情况下,实现全频段高增益。短波天线物理尺寸大,占地规模巨大,需配套相应支撑结构和地网建设,建造成本十分昂贵。如何合理设计短波天线,使其在保证电性能的基础上控制成本是主要问题。笔者针对当前短波天线设计中存在的天线建造成本与电性能协调问题,结合实际项目需求进行研究,以该项目的设计过程和仿真结果为此论文基础。本文首先介绍一些天线基本原理包括短波天线设计中关注的天线的电性能指标和相关阵列天线设计理论,这是后续天线阵设计的理论基础。由于本文主要研究的是用于天波超视距通信的短波阵列天线设计,因此介绍了相关电波传播的基本理论,主要有电离层分布结构理论和短波通信中电磁波传输模式理论,是后续计算天线俯仰面波束指向的主要理论依据。本文根据项目指标要求,对技术指标分析后,提出三种适用于短波天线阵列的单元,分别为双锥天线单元、笼形天线单元和对数周期天线单元。分别讨论其采用水平极化与垂直极化方式架设于实际地面上的电性能情况。通过对三种天线单元的两种极化方式的分析对比,最终确定采用水平极化的对数周期天线作为阵列单元。在阵列单元确定后,分别深入研究单元间距、天线架设高度和下方地网铺设尺寸对天线阵电性能的影响,最终确定各个参数适合的值使得俯仰面波束指向满足指标要求同时保证增益最大。为进一步提高阵列增益,考虑采用一种将对数周期天线双层排布的组合单元,通过压缩俯仰面波束宽度来提高天线增益,同时为兼顾建造难度和波束指向,只对组合单元的上层天线进行倾斜架设一定角度,在提高天线增益的同时,保证天线俯仰面波束指向达到指标要求。设计一种直线排布形式天线阵,由于阵列系统对单元天线有小型化要求,提出一种改进型小型化对数周期天线。通过对部分振子倾斜架设和顶端L形加载的方式对其进行小型化,改进后的天线横向尺寸满足阵间距要求,可作为直线排布形式天线阵的单元。之后仿真设计了采用直线排布形式的天线阵,对仿真结果进行总结,满足技术指标要求,可作为天波超视距通信的接收天线阵使用。设计一种新型扇形排布天线阵,通过对双层排布的组合单元进行扇形布阵,能够保证天线阵全频点高增益的同时,有效减小方位面大角度扫描时的有源驻波比。仿真结果满足项目技术指标要求,可作为天波超视距通信的发射天线阵使用。