随着社会快速发展,人们对无线传输系统的速率和容量期望越来越高,宽带信号在通信系统中应用越来越广泛。天线作为射频最前端,是接收宽带信号的首要通道,具有宽带恒定方向图的天线阵列是实现稳定通信的关键。在很宽的频率范围内利用波束形成方法使得天线阵列的方向图逼近期望方向图,可以实现天线阵列无失真地收/发宽带信号,这就是宽带波束形成技术,目前已成为阵列信号处理领域的一个研究热点。首先,本文总结了国内外宽带波束形成技术的研究现状,分析了宽带信号与窄带信号处理方法的异同,梳理了几种常见的宽带波束形成方法所面临的问题,另外,还对粒子群和量子粒子群算法的原理与实现流程进行了分析。其次,针对均匀线阵接收宽带信号产生的方向图畸变问题,提出了一种基于Bessel权向量的宽带波束形成器。从截断后的Bessel级数展开式与均匀线阵的方向图函数相似的特性出发,推导Bessel级数的截断位置与阵列单元数的关系,并确定使用第一类Bessel函数设计均匀线阵的权向量。仿真结果表明:应用Bessel权向量后,在1³GHz频率范围内,均匀线阵可以无失真地接收宽带信号,不同频率的方向图函数幅值与期望方向图函数幅值的相对误差降低到10^-3以下,且单元越多相对误差越小。第三,将反向学习引入粒子群算法中,实现了对粒子群算法的改进。由概率论可知,正向解和反向解各有50%的概率比另一个解更靠近全局最优解,当正向解与反向解同时搜索时,将大大提高算法的搜索效率。仿真结果表明无论是收敛速度还是收敛精度,基于反向学习的粒子群算法都要优于粒子群算法和量子粒子群算法的性能。最后,利用基于反向学习的粒子群算法设计了圆环阵和均匀线阵的宽带波束形成器。该方法首先增加了子窄带方向图函数与期望方向图函数的相乘运算,将宽带波束形成器的设计转换成目标方向图函数幅值恒为1的方向图综合问题,然后使用基于反向学习的粒子群算法设计圆环阵和均匀线阵的权向量。仿真结果表明:在1³GHz频率范围内,圆环阵和均匀线阵都可以无失真地接收宽带信号。