高功率微波技术的大力发展,推动着人们对作为其技术终端的高功率微波天线技术的研究。由于传输的微波具有特殊的高功率特性,高功率微波天线除了要满足良好的辐射指标外,还需要尽量达到包括高功率容量、小型化、轻型化等在内的若干特殊目标。径向线螺旋阵列天线作为一种具有特殊馈电结构的平面阵列天线形式,因其具有结构利用率高、辐射效率高、馈电结构易于实现等优点而得到越来越多的关注。近年来,对高功率径向线螺旋阵列天线的研究已取得了较大的技术进步：通过单、双层环形径向线螺旋阵列的研究分析明确了在小型化、高效率方面的可实现性；通过增大单个子阵的单元数目来减少组合子阵间的级联,进而实现了在提高阵列天线高增益的同时又能降低插入损耗值的目标；通过矩形栅格、三角形栅格单元布局方式的研究对比,获得节约系统成本的方法；通过耦合探针与扼流结构的协同设计,实现了径向线的高效率传输设计。在这样的技术基础上,该类型天线向更高频段的发展则已成为可能。本论文将对高功率径向线螺旋阵列天线在X和Ku波段的应用及性能优化进行分析研究。论文首先对研究中所需的基础理论知识进行了学习与概括,其中涉及到矩形平面阵列天线基础理论、径向线高频特性、耦合探针原理等。同时,也对高功率径向线螺旋阵列天线在高频应用中的实现难点进行了分析：输入同轴过模传输条件下如何抑制高阶模幅度；如何小型化设计扼流结构。然后对X波段58单元三角形栅格径向线子阵馈电系统进行了初步设计,分析并确定采用圆柱底座加环型耦合探针,通过引入能改变径向线内微波幅相分布的金属板实现了径向线内微波分布的均匀优化,进而实现了58路馈电端口在中心频点93 GHz下的近似等幅输出,并通过实验测试验证了该设计方案的可行性。该设计成功使得X波段高功率径向线螺旋阵列天线单元数量由32单元扩展到58单元。接着为了改善X波段58单元径向线子阵的性能,对其幅频特性及功率容量进行了优化。文中利用在径向线端边加金属板改善外围探针耦合方式的方法优化了馈电系统的幅频特性,通过增大输入同轴尺寸并优化高阶模反射的方法增大了馈电系统的功率容量。仿真结果表明,中心频点9.3 GHz下的端口耦合不平衡度由2.14 dB减小至1.41dB,且在9.2 GHz-9.4 GHz频带范围内,耦合不平衡度由4.34 dB减小至2.99 dB；单个子阵功率容量从15.3 MW增大至29.4 MW。最后进行了加载螺旋单元的子阵辐射特性仿真分析,其结果为,中心频率处驻波系数为1.09,辐射增益达24.98 dB,轴比0.89dB,证明了该优化方案的可行性。最后为了继续向高频进行探索,本文研究了一种Ku波段多单元矩形栅格径向线子阵馈电系统。为了满足径向线外圈探针耦合量目标,提出并设计了一种层叠式的新型耦合探针,该层叠式探针能更有效耦合提取能量；同时,设计了一种适用于Ku波段径向线子阵馈电系统的小型化扼流结构,实现了28单元矩形栅格径向线子阵馈电系统设计：在中心频率12.5 GHz处近似等幅输出,驻波系数为1.03,耦合不平衡度1.27 dB,单个子阵馈电系统功率容量为15.36 MW。并对组合的112单元子阵进行了实验测试,测试结果表明：中心频率下阵列驻波系数为1.18,轴向辐射增益达25.17 dB,轴比1.25dB,可实现微波的定向辐射,验证了该设计方案的可行性。