在高功率微波相控阵天线系统中,通常利用控制辐射阵元激励相位的方法实现辐射系统大范围波束扫描。随着技术的发展,高功率微波系统对移相单元的功率容量、结构布局、传输特性、工作带宽和移相速度的要求越来越高。常规微波领域中的移相器由于电场击穿、传输损耗等因素的限制,难以直接应用于高功率微波领域。根据高功率微波相控阵天线系统的应用要求,有必要设计一种功率容量高,响应速度快的新型电控式移相器。由于等离子体对电磁波具有可控散射和反射的特性,激励、淬灭时间极短,且等离子体关闭时为气体状态,不会与电磁波发生互作用,因而能够克服现有高功率微波移相器中移相介质调控速度慢、可调控性能差、与电磁波互耦作用强等缺点。基于等离子体的这些特点以及高功率微波相控阵天线的实际需求,本文提出了一种以等离子体为介质的新型高功率微波移相器,并开展了分析、设计、仿真及实验研究。论文的主要工作包括以下几个方面:1.进行了可调控等离子体移相新机理研究,分析了等离子体移相器关键参数及功率容量的关系。等离子体作为移相器的可调控微波反射介质,其特性及调控方法直接影响移相器的工作性能。基于等离子体与微波相互作用的理论,本文探讨了在不同等离子体参数下灵活调控其移相特性的方法。理论研究制约等离子体介质微波传输过程功率容量的主要因素,重点研究不同气体组分、气压条件下,不同密度等离子体的激励方法与控制策略;结合微波工作模式和移相特性需求,分析计算等离子体移相器件功率容量与器件结构参数之间的关系。计算结果表明,所设计的S波段等离子体移相器功率容量可达20MW以上,调相速度达到ms量级,通过进一步优化结构设计和气体组分,移相器的功率容量可以进一步提升。2.对等离子体移相器进行了电磁仿真与粒子仿真,在仿真的基础上对移相器结构、策略进行了进一步优化。对等离子体移相器进行了结构设计和电磁仿真,实现多种具有新型结构的高功率微波等离子体移相器的验证,满足不同体系结构相控阵的应用需求。仿真结果表明,移相器可以实现360°移相和跳跃式移相。在结构和移相策略方面,优化后的四列等离子体移相器波束指向精度提高到优化前的1/4;在粒子仿真中,模拟了等离子体由局部激励到全部激励的过程,并仿真了不同参数对等离子体移相器工作性能的影响,证明了等离子体应用于高功率微波移相器的可行性。3.提出了一种在高场强环境下调控等离子体的方案。等离子体作为有效移相介质的前提是等离子激励与淬灭的精确控制。结合在高功率微波领域应用的实际情况,本文提出了一种在高场强环境下调控等离子体的方案:高压电场-高功率微波联合调控。该方案通过在波导管内放置充高压气体的石英管,利用高压电极产生局部等离子体,再利用高功率微波的强电场实现等离子体的快速扩散饱和,最终实现对高功率微波的有效反射,从而解决高电场梯度环境下快速调控型移相介质的有效应用问题。为新型高功率微波相控阵天线技术发展奠定基础。4.对等离子体移相器验证装置进行了工程设计和加工装配、搭建了实验平台并开展了初步的高功率验证实验。设计和加工了等离子体移相器原理型验证装置,解决了验证模型相关的物理和技术问题,对课题的理论及仿真结果进行了初步实验验证。通过对高功率微波信号与等离子体相互作用的实验研究,验证了等离子体脉冲电场激发和快速调控方法的可行性,为后期高功率微波等离子移相器的实验研究奠定了基础。