近些年,无线电技术发展迅速,近而要求天线电气性能也不断提高。现阶段高容量移动通信系统要求天线具有可便携、低轮廓、重量轻等特性,传统反射面天线形式已经不能满足要求,而平面阵列天线是具有上述特点的天线。本文以当前卫星通信天线、雷达天线工程应用实践为背景,针对天线组阵中的双极化及圆极化特殊实现方法以及低副瓣要求展开研究,结合电磁仿真和试验验证的研究方法,采用喇叭作为基本天线单元优化设计出几种典型的平面阵列天线。(1)为实现双极化、低副瓣平面阵列天线,本文采用探针馈电角锥喇叭作为基本辐射单元,采用低损耗准空气同轴线构建阵列馈电网络,通过无源加权网络实现阵列俯仰面方向图低旁瓣设计,同时结合反相馈电方法提高了天线极化端口隔离度、降低了交叉极化电平。采用阵列周围加载扼流槽的方法实现天线方位面方向图(两单元)低旁瓣、宽波束覆盖设计。实测结果表明:天线交叉极化抑制度大于35d B,两极化端口隔离小于-35d B。该天线的特点:双线极化共口径辐射、极化鉴别度高、结构紧凑。(2)为实现圆极化辐射阵列天线,采用单馈电实现圆极化的方法,优化设计出单臂平面螺旋馈电阶梯喇叭的圆极化辐射单元,分析了辐射单元主要电气参数(辐射方向图、轴比、驻波)的宽频带电磁特性。以单元设计为基础,设计加工了8×8阵列天线。实验结果表明:工作频带内驻波小于1.5,小于3 d B轴比带宽超过23%,交叉极化电平小于-15d B。提出旋转反相馈电方法降低子阵交叉极化电平,样件测试结果与仿真结果吻合,验证了组阵天线设计的正确性。(3)为了突破K波段双圆极化阵列天线技术,本文提出了一种双圆极化波导阵列天线结构,分析设计了高效率共口径双极化辐射单元、宽带圆极化器、低损耗波导馈电网络。测试结果表明:此双圆极化波导阵列天线具有效率高、轴比带宽宽,高隔离度等特点,口面效率大于76%,轴比小于3d B带宽为16.5%,带宽内端口隔离大于25d B,该天线在要求小孔径天线的卫星通信系统中具有很好的工程应用前景。(4)在雷达低副瓣天线技术要求下,提出了一种终端短路馈电形式的角锥喇叭单元形式,以此构建出空气介质填充方形同轴传输线馈电网络自支撑结构的低副瓣阵列天线(16×16)。空气介质填充的同轴线具有损耗低、易加工的特点。利用不等功分网络实现了天线口径的幅度加权,提出加载调谐钉的方法解决了大功分比功分器端口失配的难题。天线样件测试结果表明:驻波小于2的相对带宽为7.5%,中心频点增益为31.8d B,频带内增益大于31.5d B,E面方向图副瓣电平低于-28d B,H面方向图副瓣电平低于-29.5d B。该天线结构紧凑、成本低,具有很高的实用价值。本论文主要工作是针对阵列天线的应用为背景所提出的研究内容,这些研究成果在卫星通信、雷达探测天线系统中具有应用价值。