大规模有源相控阵天线是高性能星载合成孔径雷达(SAR)核心部件之一,在很大程度上决定了星载SAR的性能。传统星载SAR相控阵天线采用周期阵列实现方案,具备波束控制能力较强,失效冗余备份充足,设计方法成熟等优点,在现有星载SAR系统中得到广泛应用。然而基于周期阵列方案的相控阵天线同时又存在体积、重量大,制造成本高昂,能量利用率较低等不足,制约了星载SAR系统性能的进一步提升和下一代高性能星载SAR系统的研发。改进星载SAR收发波束配置方案,以及采用非周期阵列相控阵天线具备克服上述缺点的可能性,但在星载SAR中加以应用的相关问题尚未得到深入研究。本文围绕提高星载SAR相控阵天线能量利用效率,非周期阵列相控阵天线应用于星载SAR的可行性,技术优势和实现方法等问题,开展了从理论分析,仿真计算到实验验证等方面的研究。主要工作包括:首先提出了一种包含自适应方向图掩模规划和粒子群算法任意阵列天线方向图综合的星载SAR波束设计方法。该方法以控制回波信号模糊比和回波信号动态范围为主要目标,同时兼顾最大化实际接收信号功率,适用于周期和非周期阵列天线,具有可执行性和扩展性较强的优点。利用此方法完成了针对多种典型星载SAR场景的周期阵列收发波束设计与综合,相关设计结果符合一般星载SAR波束性能要求。其次针对现有星载SAR相控阵天线通常采用的“等幅度激励发射,锥削幅度激励接收”波束配置方案带来的发射—接收能量转换效率较低的缺点,提出了一种准最优化的高能量转换效率星载SAR收发波束配置方案。在该方案中,发射和接收波束的归一化方向图以及归一化激励都相同。理论模型分析和数值仿真计算结果表明,采用该波束配置方案时,星载SAR天线发射—接收能量转换效率较传统方案可以提高约19%~81%。接下来研究了星载SAR相控阵天线采用固定激励幅度,单纯相位综合方法完成满足不同工作场景波束设计需求的可行性和实现途径。提出了一种简便的基于加权平均方法的激励幅度归并算法,用以将针对多个不同场景的高能量转换效率收发波束激励幅度归并为单一固定幅度激励。所得到的激励幅度分布是进行星载SAR非周期阵列天线设计的基础。由于该单一固定幅度激励是对各个不同波束所需激励的折中,对各个具体波束而言均非最优解,因而导致各个波束的性能均有不同程度下降。有鉴于此,在激励幅度归并算法的设计中重点考虑了任意波束性能下降程度的最小化。在以上研究基础上,使用经典的非周期阵列天线幅度—密度变换方法,根据之前得到的高能量转换效率单一固定幅度激励周期阵列综合结果,完成了满足多种星载SAR工作场景距离向波束的量化幅度激励非周期阵列综合。同时结合一种基于密度锥削原理的天线单元替换技术,完成了适用于方位向波束的单一幅度激励混合口径非周期阵列综合设计。设计结果包括天线单元位置和针对多个工作场景所需波束的激励相位分布。针对部分场景下非周期阵列单元间复杂互耦特性导致阵列方向图整体性能不满足设计指标要求的情况,本文研究证明了通过基于非周期阵列中各个单元有源方向图进行的相位优化即可使阵列方向图性能满足一般星载SAR任务需求。最后开展了非周期阵列误差与失效特性分析,分析结果表明,应用与星载SAR的非周期阵列具有与周期阵列相当的误差与失效特性,进一步验证了非周期阵列天线在星载SAR上的应用前景。根据最终设计结果进行的数值仿真和实验测试表明,在限定单元最大激励幅度情况下,采用本文设计的非周期阵列相控阵天线(应用高效收发波束配置方案)的星载SAR系统相比采用传统周期阵列天线的情况实际接收信号功率大体相当,且发射—接收能量转换效率可以提高约63%～144%。若适当放宽单元最大激励幅度限制,则设计得到的非周期阵列可以在实际接收功率和发射—接收能量转换效率两方面同时得到显著改进。