基于微波光子学的真时延相控阵具有传输损耗小,瞬时带宽宽和抗电磁干扰等特性十分符合相控阵雷达系统的需求。光控相控阵天线系统拥有很强的测向定位能力(测向精度、测向速度和截获能力)和抗干扰能力,灵敏度高,对宽带信号的适应能力,具有广泛的发展前景和应用价值。基于微波光子学的光控相控阵天线系统取决于微波光子信号产生、传输以及处理等核心技术。本文从实现光控相控阵天线系统工程化角度出发,对系统中微波光子信号生成、滤波、移相、传输以及相位稳定等关键问题展开深入地理论和实验研究,研制时延连续可调的光控相控阵天线系统样机并通过了测试。首先讨论微波信号的光产生以及光滤波技术。分析了光电振荡器输出射频信号的两个必要条件;提出了使用色散光纤光栅替代传统的光纤储能单元来缩短振荡时间,讨论了SOA非线性偏振旋转效应的机理;提出了基于SOA两个模式的双环振荡器,避免了电窄带滤波器的使用;实现了相位噪声低于-100 dBc/Hz@10 kHz的X波段高速扫频信号。提出了基于SOA的二阶IIR滤波器,实现了Q值高达13000,中心频率可调谐的带通滤波器。其次研究了光控相控阵天线中的移相器技术。提出了使用光纤光栅、保偏光纤光栅、以及SOA的三种实现微波移相的实验方案,设计和制作了切趾的啁啾光纤光栅;分析了保偏光纤光栅非线性偏振效应机理,并加以利用实现了不受系统光波长抖动干扰的移相器;改变SOA注入电流和光功率可以得到不同相位的输出射频信号。在此基础上,对三种方案分别进行了实验论证,均实现了100ps光延时或0到360°连续可调的移相器功能。接着针对光控相控阵天线系统远距离传输中由于光纤受外界影响等原因生成的相位抖动,提出了基于迈克尔逊干涉法的补偿稳相方法,可以实现中频10MHz信号反馈控制补偿相位抖动,对其实现机理进行了理论推导和实验验证。结果表明,在大幅度振动环境下,可以实现500米的光纤信号传输相位抖动好于100米不补偿的情况。最后搭建了光控相控阵天线系统的实验样机,包括信号源的产生、微波信号的光调制/传输链路、多波长激光器输出4路不同波长的光来实现4路RF输出移相、后端射频信号的处理、天线发射以及反馈控制保持相位稳定等;并最终在微波暗室中进行了试验验证,结果表明可以实现准确的波束指向。