有源相控阵天线是现代国防和商业通信中至关重要的电子装备,涉及各种先进信息化作战平台、总体指挥控制系统、5G通信基站和智能物联网等,目前正朝着高频段、高抗干扰能力、高可靠性和轻量化的方向快速发展。与此同时,有源相控阵天线的结构参数、馈电参数和电性能间的机电耦合关系越来越紧密,由器件性能偏差、制造装配精度和时变服役载荷导致的不确定性参数对有源相控阵天线电性能的恶化程度也越来越严峻。如何在设计阶段保障有源相控阵天线的高性能,避免目标辨别不清、作用距离缩短和通信质量恶化,从而提高国防领域安全和商业通信稳定性,已成为亟待解决的关键技术。然而,由于有源相控阵天线电性能与结构和馈电参数间存在着复杂的高维非线性耦合关系,区间形式的不确定性参数与有源相控阵天线电性能间的耦合模型、影响机理和优化设计方法成为长期难以准确高效解决的问题。为此,本文从机电耦合的角度出发,对有源相控阵天线的区间参数误差与其电性能间的耦合建模理论和稳健设计方法进行了研究,主要内容如下:1、有源相控阵天线阵元位置、激励幅度和相位的区间误差会严重恶化电性能,而受限于区间算法本质中存在的放大效应的不足,传统区间算法会高估区间误差对有源相控阵天线电性能的影响。为此,本文基于积分形式的一阶泰勒展开式,将每个区间变量从有源相控阵天线功率方向图区间函数中分离出来,最终建立了简洁的有源相控阵天线电性能区间与阵元位置/激励相位区间误差间的积分泰勒代理模型,并提出了基于积分泰勒代理模型的有源相控阵天线电性能区间确定方法;2、当有源相控阵天线同时存在阵元位置、激励幅度和相位的区间误差时,闵可夫斯基求和算法与改进的自适应维度法是目前确定有源相控阵天线电性能区间的成熟手段,但其计算效率会随着阵列规模的扩大而迅速下降,这给有源相控阵天线的高效分析与稳健设计带来了巨大的挑战。为此,本文推导了复区间变量和的模值位于区间上下限时各复区间变量分布的先验知识,并基于先验知识建立了由阵元位置、激励幅度和相位区间误差确定有源相控阵天线电性能区间的先验知识算法;3、有源相控阵天线稳健设计是一个典型的高维复杂函数的约束优化问题,其计算效率和计算代价是实现高效稳健设计的瓶颈,因而在稳健设计前的影响机理分析与关键参数筛选成为提高效率的重要步骤。为此,本文首先固定有源相控阵天线设计参数包括波束指向和加权条件,分析了区间参数误差的区间性质和区间指标对有源相控阵天线电性能参数包括最大功率区间、最大副瓣电平区间和3d B功率波束宽度区间的影响;然后通过固定区间指标,研究区间参数误差的区间指标和有源相控阵天线的设计参数同时变化时,有源相控阵天线电性能的变化规律;最后,结合正交试验法,分析了区间参数误差、加权条件和波束指向同时变化时,有源相控阵天线电性能参数对区间参数误差的敏感程度;4、有源相控阵天线的均匀分布容差方案是工程中常用的稳健设计手段。同时,基于代理模型的高效全局优化算法以其对设计空间中全局和局部最优点的折衷搜索能力在稳健设计领域得到了广泛的应用。然而,在整个优化过程中,该算法对复杂函数代理模型精度的提高速度较低,同时无法对全局和局部最优点搜索权重自动调整,使得该算更有可能陷入局部搜索和停滞收敛。为此,本文提出了改进的高效全局优化算法,通过自适应调整算法中对全局和局部最优点的搜索权重,并在算法流程中增加代理模型预测值与真实值误差较大的样本点,在快速提高复杂函数代理模型精度的同时,能够使得算法及时跳出局部搜索和停滞收敛,最终获得更准确的优化结果。基于所提出的算法,实现了均匀分布容差方案下的有源相控阵天线电性能的稳健设计;5、为进一步提高有源相控阵天线稳健设计效果,采用非均匀分布容差方案是有效途径之一,而如何减少实现该途径时所需的更多的计算资源和更长的计算时间是关键难点。为此,本文提出了基于全局敏度的混合遗传算法,首先利用基础效应法,计算了有源相控阵天线电性能区间对阵元位置、激励幅度和相位误差区间宽度的全局敏度,然后将全局敏度融入到遗传算法的整个寻优过程中,改善遗传算法对局部最优点的搜索能力。最后利用所提出的方法,实现了非均匀分布容差方案下的有源相控阵天线电性能稳健设计;6、有源相控阵天线在制造和服役过程中的结构和馈电参数的不确定性导致其设计过程复杂又耗时,需要多个部门进行往复设计。同时,当更换产品型号时类似的流程需要再次重复,这大大降低了有源相控阵天线产品的研发速度和迭代效率。为此,本文搭建了考虑参数不确定性的有源相控阵天线机电耦合柔性设计平台,将有源相控阵天线的主要设计流程固化到平台中;同时,设计了参数化CAD模型和CAE模型参数的自动识别功能,实现了平台产品型号的通用性;并基于模板方法设计模式,使得软件平台插件模块可以动态加载与修改,提高了平台分析流程的通用性。另外,还将本文所提出的考虑参数不确定性的分析和稳健设计方法集成到平台中。最后,利用该平台实现了装备于弹炮一体化战车的搜索雷达的稳健设计。