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方向图可重构天线可以根据系统要求和周围的环境变化动态地调节其辐射特性,从而极大地提升系统的空间频谱利用率,因此近些年来倍受关注。针对传统波束扫描相控阵天线系统受到造价高、复杂和集成度低等因素限制,为了实现简单、易于制造、灵活可控的高集成相控阵以及波束可重构天线,本论文通过有效结合基片集成波导（Substrate Integrated Waveguide,SIW）技术、相控阵技术和可重构关键技术等,深入研究不同类型天线的波束控制方案,在此基础上提出波束扫描、波束指向可重构、波束型式可重构和波束宽度可重构天线的实现方式。本论文的创新性工作总结如下:1.高集成宽带宽角扫描相控阵研究:首先提出一种具有SIW谐振腔的孔径耦合贴片单元,利用腔体中TE110和TE210混合模式的双谐振在紧凑结构中展宽天线频带宽度并提高增益;其次提出一种反射型SIW移相器设计,包含双层90°混合接头和矩形槽加载变容二极管的可调反射负载,具有低成本、宽频带以及相位连续可调的特点;继而提出一种SIW波束赋形网络（Beamforming Network,BFN）,包括前述SIW移相器、T型和Y型功分器以及SIW至接地共面波导（Grounded Coplanar Waveguide,GCPW）转换器;最终提出一种具有多层PCB结构的1×4相控阵天线设计,将前述BFN与四个贴片单元连接,测试结果表明该天线能够在16.1%的相对带宽范围内进行-45°至45°波束扫描,增益达到11d Bi,实现了高集成宽带宽角扫描无源相控阵天线。2.简单的波束指向可重构背腔缝隙天线研究:提出一种采用偏心同轴探针馈电的SIW背腔缝隙天线设计,首先利用SIW矩形谐振腔宽面上三条平行的横向缝隙激励起TE160高次模,形成三元线性阵列;接着提出一种金属柱加载变容二极管的电控可调单元结构,即在SIW中嵌入金属柱,并在其与SIW上下表面交界处的环形缝上跨接二极管;进而在天线相邻缝隙之间的弱电场区加载一对电控可调单元用于对腔体中电场产生微扰,调节两组二极管的偏置电压实现对缝隙单元幅度和相位的控制,从而获得不同的最大辐射方向;最后在外侧缝隙两端各放置一个电控可调单元用来抑制方向图副瓣电平,测试结果表明该天线的波束指向可以从-30°到41°之间改变,最大增益为9.2d Bi,具有低剖面、结构简单、易于加工和动态响应速度快等特点。3.多极化笔状波束和锥状波束不同类型波束可重构天线研究:首先提出一种三极化方向图分集贴片天线,在空气介质圆环天线中填充部分高介电系数介质用于降低TM02模式的谐振频率,同时不影响两个简并正交TM11模式的谐振频率,通过切换输入端口可在同频率实现一种垂直线极化的锥状波束和两种正交水平线极化的笔状波束;接下来提出一种新型介质谐振器（Dielectric Resonator,DR）天线结构,采用四个垂直条带边馈方式,在圆柱形DR内部设置一个同心空气环用于提升单向辐射的HEM11δ模式的谐振频率,使该模式与全向辐射的TM01δ模式工作在相同的频带范围,另外在DR底部中心加载一个金属柱用于优化TM01δ谐振的阻抗匹配;接着提出一种具有五种工作模式的可重构馈电网络,通过控制电路中PIN二极管的通断可以实现对角端口180°相位差、四端口±90°顺序旋转相位差和四端口同相分布;最终提出一种五极化的笔状波束和锥状波束可重构DR天线,结合前述DR单元和可重构馈电网络实现了±45°水平线极化、左旋/右旋圆极化的单向辐射以及垂直线极化的全向辐射,测试结果显示五种状态的重叠阻抗带宽为36.8%,圆极化轴比带宽达到33.8%。4.宽带波束宽度可重构磁电偶极子天线研究:提出一种不需要复杂馈电网络的波束宽度可重构三元线阵天线设计,首先采用差分驱动的方式激励SIW矩形谐振腔上表面刻蚀的三个平行谐振槽用以获得对称的辐射方向图,利用谐振槽耦合激励磁电偶极子天线单元;接着在相邻谐振槽之间分别嵌入两个金属柱加载的变容二极管,用于控制SIW腔体中电场强度分布;换言之,同时改变所有二极管的偏置电压能够精细调节三个辐射单元的幅度和相位分布,从而实现天线波束宽度连续变化;另外二极管的偏置电路设置在腔体背面,因此对顶部辐射单元产生较小影响;测试结果表明在19.6%的相对带宽范围内半功率波束宽度从39°至107°连续可调,增益变化范围为11.1-7.4d Bi,实现了宽频带阵列天线波束宽度的大范围动态调节。