平方公里阵列是一种超灵敏的射电望远镜,其建设意义在于进一步了解宇宙中最重要的现象,如宇宙本身的诞生与死亡等。平方公里中频孔径阵列的建造工作,计划于平方公里阵列建设的第2阶段进行部署,其关键性科学目标是对脉冲星和其他无线电瞬态事件进行高速测量以及研究暗能量对宇宙的影响,因此设计低成本、超宽带以及大扫描角的超宽带相控阵以满足高灵敏度射电望远镜的技术要求至关重要。本文结合研究课题的需求,以巡天系统对中频阵列天线提出的指标为设计目标,对超宽带相控阵的设计原理、方法及工程实现进行了学习与研究。主要研究内容及成果如下:1.对超宽带紧耦合八角环阵列天线进行了研究,设计了一种加载电阻膜频率选择表面的超宽带八角环天线单元。其通过在八角环天线阵列与接地板之间加载方环形电阻膜频率选择表面,对由金属地板在对应频点处因反相叠加而产生的驻波峰值有效地抑制,进而拓宽了天线带宽以及降低了天线剖面。仿真结果表明:加载电阻膜频率选择表面后,所设计天线阵元最终在±45°扫描范围内获得了 5:1的阻抗匹配带宽,且天线的剖面降低了约27%,可以很好地应用于平方公里中频孔径阵列。2.对超宽带锥削槽相控阵进行了研究。为了进一步拓宽传统锥削槽相控阵的工作带宽以及降低天线成本,设计了一种新型十字形结构的双极化锥削槽阵列天线单元。该天线单元采用五边形谐振腔代替传统锥削槽天线的正方形谐振腔,在不占用有源电路面积的情况下,拓展了低频工作带宽;采用辐射板与馈电巴伦分离设计,在不影响天线电性能的前提下,极大地缩小了介质板尺寸以节约加工成本;天线十字形的结构保证了阵元间良好的电流连续性和天线的较好的极化性能。仿真结果显示,该双极化天线阵元能够在0.25-1.57GHz频带范围内进行士45°扫描,且在整个工作频带内具备较好的极化特性。最后加工并测试了一个双极化的8 × 9阵列样机,通过测量结果对设计方法的可行性进行验证。本文通过对平方公里阵的深入学习,了解了中频阵的设计需求和应用场景,针对项目原有天线的不足,提出了改进方法,仿真或测试结果表明,本文提出的改进方法对平方公里中频阵的设计和建设具有较高的实用价值。