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相控阵天线能够快速扫描波束和变换波束能力,对雷达搜索、识别、分类、跟踪、成像和抗干扰等方面起着重要的作用。相控阵天线较高的成本限制了其在雷达和其它通信设备的广泛应用。单脉冲雷达作为应用背景,为了降低相控阵天线成本、改善相控阵天线性能和搭建相控阵天线系统,分别设计了小型化宽波束天线、Radant透镜移相器和馈电网络。主要研究内容如下:首先,设计了基于超材料的小型化宽波束天线。根据超材料理论,采用复合左/右手传输线结构中的交趾电容和曲折电感与天线贴片相结合。所设计的天线尺寸为7.32mm′9.45mm,与常规天线尺寸相比减小了30%,在工作频点为11.3GHz时,方向图E面和H面的半功率波束宽度分别为170.6°和134.8°,方向图增益为2.746d B,带宽为812.5MHz,并对天线单元进行加工测试。接着,对天线单元进行组阵,对天线阵列采用泰勒函数加权来降低阵列方向图的副瓣,对加权后的方向图形成和差波束,随后,对阵列方向图进行半功率波束扫描,E面和H面的波束扫描角度达到了±65°和±45°。然后,在简化相控阵天线馈电网络方面,设计了一分六的Wilkinson功分器,所设计的功分器,在工作频率11.3GHz下,各端口回波损耗小于-22.89d B,输出端口之间的最大相位差为3°,并将功分器进行加工测试。在形成和差波束方面,设计了三分支电桥和差器与跑道型混合环和差器,所设计的两款和差器在差信号端口的相位差分别为178°和180.7°,各端口的回波损耗都小于-15d B,两个输入信号在和信号端口的相位差小于1.1°,并对两个和差器进行加工测试。最后,针对降低本相控阵天线系统的成本,设计了一款六位Radant透镜移相器。相控阵天线采用Radant透镜移相器技术,使以M′N方式布阵的相控阵天线采用M′N个移相器完成二维扫描降低到采用M(10)N个移相器,因此,减少了相控阵天线对移相器的使用数量。在透镜移相器的设计中,首先设计了基本移相单元,接着,将单元组成移相器块,然后,将移相器块进行组合构成一位Radant透镜移相器,最后,将6个一位Radant透镜移相器沿电场方向依次排列构成六位Radant透镜移相器。对所设计的六位Radant透镜移相器在一维方向上进行了相位梯度差为±45°和±90°的波束扫描。