随着现代民用通信和军事通信发展,越来越多的相控阵天线被采用。在各种相控阵天线中,半空域覆盖波束成形阵列由于覆盖范围大而大量用于地空平台通信组网。通常微带天线带宽较窄,圆极化只能覆盖一定的角度范围(微带的法线方向),因此要设计频带较宽且在足够宽的角度内保持圆极化特性天线具有一定的难度;另一方面在射频前端多通道数量有限的情况下在半空域不同的方向实现特定的增益以及传统的相控阵射频前端容易出现干扰耦合问题,如何解决也是一个技术关键点。本文主要对半空域覆盖相控天线阵列及射频前端进行研究和分析。对射频前端多通道之间的耦合问题进行了模拟仿真,定性的分析了多通道之间的耦合影响,同时有针对性的提出了一系列解决方法。在天线方面,通过采用增加微带天线厚度拓宽天线带宽,采用平衡式四馈电方法实现很好的圆极化,保证了天线单元在±30°角范围内均能实现优良的圆极化特性。本文研究设计了一个三层切换天线阵结构,保证在有限的通道数量下天线增益能达到半空域覆盖,并在半空域内均能实现很好的圆极化,对水平向的阵列进行了仿真,使水平向增益也满足要求。本文主要有六章节:第一章节主要介绍研究背景和研究发展现状以及论文主要架构,论证了本次论文方向研究的必要性。第二章节主要介绍了微带天线和天线阵列的基本理论,并选择了一款体积小、多角度圆极化、宽带、高增益和适合组阵的天线,同时分析了射频前端发射机和接收机常见的几种结构以及主要技术指标并选择了一款适合本次设计的射频前端系统。第三章节主要设计了一套射频前端收发系统并选择合适的芯片进行链路仿真,以及模拟仿真射频前端多通道之间的耦合情况并提出了解决方案。第四章节设计了一款新型的天线阵元、并进行建模仿真,进而设计出增加导体墙进行天线之间的隔离,并进行实物测试等。第五章节对双天线以及增加导体墙的方案进行了仿真并进行了实物测试,同时对天线阵列进行设计和仿真达到预期的效果。第六章节主要是总结全文和对下一步工作的展望。