随着卫星对地观测系统对分辨率要求越来越高，数据量需求急剧增加，迫切需要宽频带、高有效全向辐射功率（Effective Isotropic Radiated Power，EIRP）的数据传输系统进行高速数据传输。目前国内星载高速数传系统主要采用行波管功率放大器(TWTA)的方案来实现大功率输出，但TWTA体积大，质量重，无法满足轻小型化需求，而宽频带高增益的相控阵天线则有效的减轻了功放的压力，它利用阵列合成和可控点波束集中传送能量，增大了EIRP，节省了功率，另外相对于高增益的机械式跟踪天线，由于无运动部件，提高了可靠性。　　基于组阵技术，相控阵天线具有高增益的特性。另外，本文通过有效利用阵元之间的互耦效应及加载介质薄板的技术方案，实现了具有宽带特性的微带天线阵。传统的宽带相控阵设计理念是尽量减小或者补偿阵元之间的互耦效应，而此类相控阵天线则打破了这种传统的设计框架，为相控阵天线的超宽带设计及应用开辟了新途径。同时将此微带天线阵应用于X波段星载数传系统，通过采用全固态有源相控阵天线方案，本文给出了关键电路的设计方案，并建立了系统级模型，考虑不同射频通道之间的差异性以及电路部分和天线之间的相互影响，为相控阵天线技术在轻小型化星载数传领域的应用奠定了一定的理论依据和技术基础。本文的主要研究内容和结论概述如下:　　(1)基于介质加载背地紧耦合技术的微带相控阵天线研究　　首先基于微带天线的基本理论，设计仿真了同轴馈电的矩形贴片天线单元。并从强互耦效应的不同实现方式出发，研究了基于介质加载背地紧耦合技术的微带天线阵，通过设计和仿真，16单元平面微带天线阵列最大增益为24.4dB，3dB波束宽度为17度，第一副瓣电平抑制度优于25dBc。在7.8GHz～8.8GHz的频率范围内，天线阵的增益平坦性优于±0.15dB，带内一致性较好。　　(2)馈电网络设计　　首先基于威尔金森功分器的基本原理，对中心频率在8.3GHz的威尔金森一分二功分器进行了设计仿真。并将其应用到一分十六的功分网络，并进行了仿真，由仿真结果可知:16输出端口的幅度曲线及相位曲线完全一致，在工作带宽内（f0±300MHz），幅度平坦性优于±0.025dB。　　其次通过对各种类型移相器及其电路的分析，且为了保证系统的可靠性及一致性，选择了Hittite公司GaAs单片4位数字移相器HMC543LC4B，在对移相器单元及其外围电路进行设计的基础上，对移相网络进行了设计，即将16个移相器和控制电路分为两个PCB版图设计，两块PCB版背靠背放置，控制线通过单排长插针连接。　　最后在移相网络和功分网络分析设计的基础上，对整个馈电网络进行了设计仿真。　　(3)波束控制系统设计　　通过对波束控制系统进行理论分析，包括波控码计算、波控系统功能需求、波控系统实现方法分析及选择等，给出了基于查找表结构的集中式波控系统的设计方案。　　(4)星载数传相控阵天线系统总体设计　　对星载数传相控阵天线系统进行了总体设计，包括轻小型化设计和结构设计以及系统仿真。首先天线阵前端在结构上大胆采用单层结构、双面开屏蔽槽的结构设计，通过同轴电缆与微带天线阵连接，得到系统尺寸如下:天线阵前端本体尺寸:268mm×180mm×70mm;天线阵尺寸:50mm×90mm，实现了系统的轻小型化。其次对相控阵天线系统进行系统仿真，仿真结果如下:　　工作频段:X波段（中心频率8.3GHz）　　工作带宽:600MHz　　EIRP:大于54dBm　　旁瓣电平抑制:优于-25dBc　　波束宽度:大于16°　　法线波束扫描宽度:±24°　　仿真结果表明:该星载数传相控阵天线系统与EO-1卫星及某型号数据传输系统相比，传输速率更高，尺寸、功耗等均具有极大的优势，为相控阵天线技术在轻小型化星载数传领域的应用奠定了一定的理论依据和技术基础。