随着高功率微波（HPM）技术的快速发展,高功率微波源的输出功率由原先的MW级提升至GW级,现阶段常用的高功率微波天线面临着许多问题亟待解决。特别是,传统机械式波束扫描难以应对瞬息万变的现代战场,这对高功率微波天线技术提出了新的挑战。高功率微波技术与传统微波技术在源的输出模式与功率、传输波导的尺寸与传输模式、功分网络及移相器等方面存在着明显差异,若是照搬传统微波天线的设计方法,将会遇到功率容量的问题。本文从目前遇到的实际问题出发,对高功率微波阵列天线的若干关键技术展开研究,旨在解决高功率微波天线在小型化、效率、波束扫描等方面存在的问题。主要内容分为以下五个部分:1.高功率微波的平面反射阵天线与紧凑型馈源的研究阐述了平面反射阵天线设计的基本理论。研究了平面反射阵天线相位补偿技术,以及常用单元的设计方法。由高功率微波馈源的缝隙口径场分布推导了临界缝隙宽度,作为提高缝隙功率容量的指导。对紧凑型缝隙阵列的相位分布进行了研究,提出了基于层次分析法的快速优化算法用于对紧凑型高功率微波缝隙阵列综合问题进行分析。2.紧凑型圆口径高功率微波天线的设计受到高功率微波径向线缝隙阵列天线的启发,采用同轴腔作为紧凑型圆口径高功率微波天线的馈电波导,将天线径向尺寸控制在0.7λ,实现了天线的低剖面。对临界缝隙宽度进行了计算,采用宽缝阵列提高了功率容量。利用TM₀₂₀模式作为实现紧凑口径的馈电模式,并基于模式耦合的思想消除过模同轴波导带来的不连续性,改善了天线的阻抗匹配。从圆形口径反射面及反射阵天线的口径效率的角度出发,提出可以在紧凑口径上实现波束赋形的相位对消技术。该技术主要针对于馈源的边缘照射电平进行设计,与传统高功率微波馈源相比,反射面天线的增益提高了1.9dB,获得了更高的反射面天线的口径效率。3.基于非对称高次模式的矩形口径高功率微波紧凑型馈源的设计提出了棋盘格方法实现对矩形腔体的谐振模式的快速分析,基于模式耦合思想用于高功率微波馈源的紧凑结构设计。作为高功率微波馈源,该天线无需额外使用功分器和模式变换器,径向长度仅为0.82λ。采用喇叭腔加载的宽缝阵列,与普通宽缝的功率容量相比提升了122%。开展了非对称高次模式与交替排布缝隙阵的远区方向图对称性的研究,利用共形阵列技术在曲面矩形腔体实现了对波束的赋形,以提升反射阵天线的口径效率。仿真和实测结果验证了该矩形口径的高功率微波紧凑型馈源可以通过其赋形的波束显著提升反射阵天线的增益。最后,基于高功率微波馈源的紧凑结构,提出采用多馈源阵列的组合馈电方案用于提升高功率微波反射面天线的毁伤效果,相比单馈源形式的输出功率提升4.4dB。4.基于能量隧穿现象的高功率微波平面反射阵天线的设计人工制备的电磁材料具有自然界存在材料所不具备的超常电磁特性,可以突破常规材料对功率容量方面的限制。根据等效介质理论和散射参数反演法对穿孔金属薄膜及三明治材料在微波频段的电磁特性进行研究,由三明治材料的磁谐振隧穿特性,通过仿真验证了该反射阵单元具有1.6GW/m²的功率容量。研究了三明治材料对入射角和极化特性的鲁棒性,基于此设计了一款高功率微波平面反射阵天线,为进一步对高功率微波反射阵天线的电扫功能的研究提供理论依据。5.等离子体可重构的高功率微波反射阵天线的设计开展对一维非磁化等离子体与微波的作用过程的研究,基于低压氩气直流放电等离子体设计了用于高功率微波的射频开关,该开关可在μs内形成稳定的等离子体,实现电子式射频开关的快速切换功能。根据等离子体可重构的特性,提出了多位等离子体可重构高功率微波平面反射阵天线的设计方法,由仿真与实验验证了反射阵单元的移相能力,并搭建了可以对该单元的功率容量进行测试的平台。对该高功率微波平面反射阵天线的波束扫描性能进行了探索,基于该等离子体可重构单元在13×8的阵列上实现了±38°的波束扫描。