频控阵雷达阵列的特点就是每根天线发射频率之间具有频率间隔,因此频控阵的空间波束特性就是在距离和角度上双重依赖,并且能自动完成对空间的扫描探测任务。频控阵的出现为雷达设计和应用研究带来了更多的自由度,比如频控阵雷达在发射波束的能量控制、对于距离性干扰抑制和目标定位等方面具有应用价值和发展潜力。由于一些应用场景需要实现实际物理空间范围的三维波束控制,因此线性频控阵发射和接收相关理论概念被推广到平面阵列。这种新的平面频控阵在具有实用性的同时也为雷达设计提供了额外的开发自由度和操作策略。本文基于频控阵特性的基本原理和波束的能量分布特性的分析研究,综合探讨了线性频控阵和平面频控阵中理论研究中涉及到的关键技术。本文的主要研究工作和创新点如下:1.深入研究了线性频控阵的波束形成原理和波束方向图特性。频控阵可以看作是相控阵的推广阵列,因此在相控阵的理论基础上首先研究了线性频控阵波束方向图的基本特性,并对比研究了关键设计参数对频控阵波束方向图的影响,然后研究了频控阵的基本波束成形方法和空间扫描特性,为后续的研究打下基础。2.重点研究了频控阵优化波束成形方法,包括频控阵发射波束形成、接收波束成形和波束成形优化方法。频控阵发射波束在距离和角度上耦合,即波束图呈现为S型,但许多的应用要求空间目标方位的精准扫描。对比研究了频控阵发射端的多种去耦合波束成形方法,并且通过模型分析、信号推导和性能仿真,论证阵列发射波束能够形成空间点状。这种波束的空间分布特性能量聚集性更好和距离和角度二维空间分辨率更高,更利于目标定位和空间扫描。最后考虑到频控阵波束具有的时变性,提出了能在目标方位实现准静态波束的解决方案。3.研究了平面频控阵的发射和接收波束形成方法。基于线性频控阵的波束形成理论方法,给出了平面频控阵的发射和接收信号模型并进行了仿真分析,分析了平面频控阵的波束特性。平面频控阵的发射波束特点就是能在更高维度上实现能量控制和空间扫描,为雷达应用设计提供了更多的自由度和可能性。4.提出了平面频控阵发射波束优化形成方法。本文结合线性频控阵知识对平面频控阵波束进行优化,提出一种新的优化方法来实现平面阵的优化波束形成。