具有卓越扫描性能的天线阵因其性能优势而被广泛应用于通信、雷达、探测等多个领域。其工作原理是通过对阵列中每个单元的激励相位进行调控从而实现空间波束扫描。与传统机械扫描方式相比,阵列天线扫描时具有更高的灵活性,波束切换速度更加敏捷快速,故无论在军事电子对抗领域还是在民用气象导航等多方面都具有广泛的应用性。广阔的应用前景和优越的性能优势使得阵列天线的研究和设计具有重要价值和意义。本文对阵列天线的带宽和扫描角度两方面性能展开研究,设计具有宽带大角度扫描性能的阵列天线结构,主要内容概括如下:首先,介绍阵列天线的研究背景,分析宽带大角度扫描阵列天线常见的设计思路和研究方法,并给出阵列天线的阵列特性理论,然后对阵列天线的基本设计指标进行分析。同时通过公式推导介绍了在无互耦情况下的阵列方向图乘积定理,在一维阵列和二维阵列环境下推导出阵列方向图中抑制栅瓣的基本条件,为整体阵列排布及仿真设计提供理论参考。然后介绍了互耦现象的存在机制和互耦效应,分析互耦对阵列大角度匹配和扫描性能的影响,从而为宽带大角度扫描阵列设计提供理论基础和思路参考。其次,介绍基于背腔单元模型的阵列设计,并介绍了基于蝶形缝隙偶极子单元结构的阵列设计,给出两类阵列设计的模型和结构参数,阵列间距设置在半波长以内。分析两类阵列在大角度扫描时的性能参数,通过优化设计使得阵列在较宽的工作频带上扫描到大角度时具有良好的性能指标。基于两种类型结构设计的两种极化方式的阵列在X波段较宽的工作频带上扫描到大角度时驻波比小于3。两种单极化阵列分别能够在3.6GHz和3GHz的频带内扫描到60°,两种双极化阵列结构分别能够在1.5GHz和2.5GHz的频带内在两个扫描平面上扫描到60°和30°。最后,通过性能参数仿真对设计的阵列结构工作原理进行分析。阵列单元结构分别基于背腔天线模型和蝶形缝隙偶极子天线模型,两种阵列结构在较宽的频带内实现大角度扫描性能的工作原理有所不同。背腔天线模型基于对阵列单元间互耦的利用以及单元腔体、馈电微带、寄生微带结构的相互作用,上层介质匹配层能够改善大角度匹配性能;蝶形缝隙偶极子结构利用自身缝隙偶极子结构特性以及金属地面反射结构实现设计性能。两种类型结构设计能够为该类设计提供参考。