随着现代电子技术的迅猛发展,通信和雷达等传统的无线系统都对各自的天线系统提出诸如多功能、高性能和低成本等方面越来越高的要求,这使得传统的天线形式难以满足飞速变化的系统需求。时间调制阵列作为一种低成本、低复杂度的新型天线阵列,近年来受到国内外研究者的极大关注。时间调制阵列是一种在射频前端加入周期性调制射频开关的新型天线。通过调节不同射频通道脉冲占空比与传统天线阵列中幅度加权比例相一致来实现方向图综合。由于将时间因素作为一个独立的维度引入天线阵列的设计,相对应于传统天线阵列在空间的三个维度,其也被称为四维天线阵列。同时,由于周期性的调制,时间调制阵列会产生含有不同信息量谐波分量,这些谐波分量可以用来实现测向、波束扫描、空分多址等功能。虽然时间调制阵列具有结构简单、成本低等优点,但是其缺点也不容忽视。传统时间调制阵列结构中存在能量利用率低和瞬时性能不稳定的问题,而在测向应用中存在测向精度不高和带宽受限的问题。针对这些问题,本文提出了一些结构和方法增强了传统时间调制阵列的效率,提升了其测向方法的精度、并拓宽了其带宽适用范围。本文的主要研究内容包括以下四个方面:1、针对传统时间调制阵列中部分能量被馈电网络吸收后能量利用率低的问题,本文提出了一种基于可重构功分器的时间调制阵列结构。通过在馈电网络中使用可重构功分器,将闭合通道上被吸收的能量均匀转移到其他打开的通道上,从而提高了阵列的馈电效率。同时推导了方向图综合时相应的时序和边带辐射能量表达式。分别搭建了基于吸收式开关和基于可重构功分器的两套时间调制阵列实验系统,通过实验对比验证所提结构的有效性。2、针对传统时间调制阵列瞬时性能不稳定的问题,本文基于可重构功分器的时间调制阵列结构,提出一种以阵列瞬时增益平稳度为主要优化目标的优化策略。通过结合可重构功分网络馈电瞬时效率稳定的优势,该结构可以提高阵列整体增益的稳定性。同时,优化结果显示:由于可重构功分器的灵活性,相比于现有的方向图综合结果,该结构可以有效降低边带电平。3、针对现有时间调制阵列测向技术中测向精度不高的问题,本文分别在时域和频域上提出了提高测向精度的方法。在时域上,利用多脉冲累积,可以有效提高相位探测精度。通过将该方法应用在涡旋波模态编解码系统中可以实现高精度涡旋波相位梯度判定并降低系统误码率。在频域上,利用多谐波估计可以充分利用高次谐波所包含的信息,通过理论推导证明了最小二乘估计与最佳线性无偏估计的等价性,从而降低了测向计算量。最后,搭建了一套多谐波测向测试系统验证了所提结论的有效性。4、针对现有时间调制阵列测向技术对信号带宽的限制,本文分别提出了基于傅里叶变换和基于脉冲压缩技术两种宽带线性调频信号的测向方法。在基于傅里叶变换的测向方法中,通过分析信号时频域特征,推导出该系统的带宽限制条件和测向表达式。在基于脉冲压缩技术的测向方法中,推导出发射信号的限制条件和反射信号方向表达式。最后,构建了两套测向系统分别验证所提方法。