随着雷达技术的迅速发展,传统的相控阵雷达面临诸多新的挑战。首先,为了获得更高的测量精度,宽带、超宽带波束形成技术在雷达成像和测距领域有着非常重要地应用。其次,由于电子设备数目的不断增加,为了提高效率以及避免相互干扰,雷达与其他电子系统的一体化设计正成为研究的热点。此外,随着小型化平台(包括卫星、飞机以及无人机等)日益受到重视,相控阵雷达系统有着向成本、结构、功耗更加集约化方向发展的趋势。在此背景下,本文针对宽带相控阵雷达发射多波束形成和雷达通信一体化技术开展研究,提出了一种简便高效的宽带相控阵雷达发射系统方案,提出了采用时变矢量加权的宽带数字波束形成和阵列误差校正的方法,研制了一套4通道的宽带/超宽带相控阵发射系统样机并完成了发射方向图测试。该方案适用于在低频段的宽带数字阵列雷达,也可以作为毫米波雷达前端的中频输入信号,并且兼顾了一体化设计的需要,具有良好的实用价值。论文的主要内容和创新点如下:1)本文提出了一种采用时变矢量调制的简便高效的宽带相控阵发射系统方案。该方案采用窄带数字基带信号对射频LFM信号进行时(频)变矢量加权。相较于模拟或数字真时延TTD技术以及DDS移频移相的方案,该方案的发射系统在性能、带宽、成本、软硬件系统复杂度、功耗和成本等方面具有明显的优势。2)提出了采用时(频)变矢量加权的宽带数字多波束形成算法,分别给出了常规波束形成、恒定束宽波束形成和自适应置零波束形成等三种情况下时(频)变矢量加权系数的计算方法。和传统的采用频域处理和时域处理方式的宽带数字波束形成算法相比,该算法所需的计算量和设备量小,有利于进行实时处理。3)提出了一种发射系统宽带通道失配的校正方法。通过对通道实际输出信号进行时变预失真补偿的方式,可以对发射通道的幅度、相位频率响应误差进行校正。考虑到检测高速高机动目标的需要,本文对射频通道输出的高调制率的宽带LFM信号进行误差校正实验,信号的扫频带宽达到2GHz,调制率为100MHz/us。校正结果显示,在工作频率范围内,通道间最大幅度误差小于±0.1dB,最大相位误差小于±2°。另外,发射机输出的宽带LFM信号的线性度也得到了改善,发射机输出的LFM信号的频率非线性度仅为0.0043%。4)研制了一套4通道的L、S波段的宽带、超宽带相控阵的验证样机。该系统具有如下几方面的特点:首先,该发射机使用速率为30Msp的基带信号处理2GHz带宽的发射信号,和全数字式发射机相比极大地减小了数据率、计算量以及对多数字通道间同步的要求。其次,射频前端采用零中频的收发信机结构,可以兼顾宽带和窄带系统的需要。在宽带模式下,发射端对宽带LFM脉冲信号进行时变矢量加权,而在接收时,对回波信号进行去斜处理。另外,该发射系统的输出信号还可以作为中频信号,在经过倍频或上变频后,实现微波、毫米波频段上的宽带发射波束形成功能。在微波暗室中对发射数字波束形成结果进行了测试,使用本文设计的宽带相控阵发射系统,分别按上述三种波束形成方式对各阵元进行时变矢量加权,实现了期望的发射方向图结果,从而验证了该宽带发射多波束形成算法和系统方案的有效性。5)从雷达通信一体化设计和工程应用的角度,研究了使用宽带相控阵雷达发射系统实现定向通信功能的可行性。首先,研究了雷达与通信系统可共用的射频通道技术,其次,研究了采用多极化的方式实现多系统同时共用天线孔径的可行性。最后,测试了射频通道发射通信信号时的性能指标以及进行定向通信时波束扫描的效果。以上工作的部分成果已发表(或录用)在IEEE AWPL SCI刊物和APCAP等国际会议上。