本文研究了对数周期天线和Vivaldi天线的工作原理和设计方法,重点对超宽带天线的小型化、共口径技术进行了研究,进一步根据需求,设计了两种小型化宽带定向天线,使其在不同的应用场景下满足技术指标要求。本文主要研究内容包括三个部分:1.宽带定向天线小型化的研究与设计。根据对数周期天线和Vivaldi天线的基本理论,分别设计了一个在全尺寸下的对数周期天线和Vivaldi天线,进而采用弯折、加载、曲流等小型化技术减小天线的尺寸,为后续解决关键问题提供理论方法支撑。2.短波对数周期天线阵列的研究与设计。首先,由对数周期天线的工作原理设计一个全尺寸的短波宽带对数周期天线。然后针对相控阵天线方位扫描时的栅瓣抑制间距限制条件,利用小型化技术减小天线的横向尺寸,使天线的横向尺寸小于阵列间距,实现天线的小型化与高效率。接着由天波传播理论,探究了对数周期天线波束仰角与天线前后端架设高度的关系。最后为实现对数周期阵列天线的低副瓣特性,根据泰勒综合的理论仿真设计,实现了宽频带阵列低副瓣波束指向在±40°的扫描。3.小型化多波段共口径圆极化天线的设计。针对天线的指标要求和容纳空间限制,确定了L、SC和X三个频段天线的结构以及共口径形式。由Vivaldi天线的工作原理设计了SC波段和X波段两个小型化的宽带Vivaldi天线,提出了两个天线上下叠层一体化设计方案,实现了双频共口径线极化和双频圆极化特性。然后再分别设计了SC和X波段天线相应的宽带3d B定向耦合器,实现双圆极化馈电。天线在全频带±60°的波束范围内增益均大于-5d Bic。另一方面,提出了L频段天线用四个倒F天线和一分四功分移相网络圆柱面共形设计方案,实现了±90°的波束范围内增益大于-8.5d Bic的宽波束特性。三个天线在共口径下合理排布优化,与馈电网络集成仿真优化,完成的小型化多波段共口径宽波束圆极化天线,经测试表明,天线的各项指标均达到了设计要求。