阵列天线的波束赋形技术已经被广泛应用于雷达、通信、导航及遥感遥测等多个领域。具有低副瓣赋形的阵列天线可以提高系统的信噪比,降低主波束以外的杂波信号干扰,同时还能提高系统的电磁兼容能力和防止被敌军探测等。涡旋电磁波(Vortex Electromagnetic Wave)作为一种全新的频率复用技术,可提高频谱利用率,在当前频谱资源紧缺的情况下备受关注。本文结合科研课题,以阵列天线的波束赋形和阵列天线的涡旋电磁波技术为研究目标,主要围绕阵列天线在考虑耦合情况下的低副瓣赋形方法以及基于圆形阵列特殊相位赋形来产生多模态涡旋电磁波的方法进行了探讨。文章主要研究内容可以分为以下几个部分:1.对波导缝隙阵列天线的低副瓣赋形方法进行了研究。1)通过改变缝隙宽度和合理选择电导分布改善了缝隙电导的频带特性;2)提取缝隙阵口径场分布,在考虑耦合的情况下对缝隙电导进行修正,使得缝隙阵的实际口径场分布不断逼近目标的泰勒分布;3)综合考虑天线在全频带的性能,对其电导分布重新优化,改善了缝隙阵在边频的副瓣特性;4)基于对上述三个方面的研究,设计了两款波导缝隙阵:一款宽带低副瓣缝隙阵天线和一款超低副瓣缝隙阵天线。2.对低副瓣单脉冲天线的方向图带宽展宽方法进行了研究。1)结合缝隙阵口径场分布提取的方法,对天线中辐射波导在方位面的口径场分布进行了优化,实现了天线在方位面的低副瓣赋形;2)通过展宽激励波导的带宽,有效地改善了天线俯仰面在边频时的幅度分布,从而展宽了天线俯仰面的方向图带宽,其中重点对影响激励波导工作带宽的因素进行了分析,提出了一种改变激励波导电阻分布的方法,从而改善了激励波导在频带内的输出幅度分布;3)对多种魔T和3d B耦合器的优劣进行了分析,设计了一款在工作频带内具有高性能的和差功分网络。将所设计的辐射波导、馈电波导及和差功分网络级联,得到了一款具有一定方向图带宽的低副瓣单脉冲天线。3.讨论了宽带阵列天线的低副瓣赋形方法。1)对有源单元方向图(Active Element Pattern,AEP)结合混合粒子群算法的阵列天线综合方法进行了研究,此方法解决了宽带阵列天线中低频间距较小、单元耦合较强而导致天线实际综合结果与预期目标差异较大的问题,可实现阵列天线的宽带低副瓣赋形;2)基于上述方法设计了一款超短波频段的宽带低副瓣Vivaldi天线阵,为抑制栅瓣产生,阵列单元采用了一种折叠臂加载形式的新型小型化Vivaldi天线,组阵后的阵列在1.92个倍频的带宽内扫描(±30°)状态下均实现了低副瓣特性;3)基于AEP结合算法的方法设计了一款短波频段的宽带低副瓣对数周期阵列天线,天线单元采用振子倾斜折叠地方式实现了小型化,并通过将天线倾斜架设的方式使其在俯仰面波束仰角满足所需的波束覆盖范围,阵列在1.86个倍频的带宽内扫描(±35°)状态下均实现了低副瓣特性。4.对基于圆形阵列的特殊相位赋形来产生多模态涡旋电磁波的方法进行了研究。1)结合理论分析和实例计算来验证了圆形阵列产生OAM的可行性;2)设计了一款新型高增益微带天线作为圆形阵列的单元,天线单元通过使用缝隙加载的寄生贴片来减小其方向图的波束宽度,从而有效地提高了天线的增益;3)设计了一款能满足多种OAM模式相位需求的Rotman透镜,并利用二维口径等效理论对透镜的输出幅度进行了改善,抑制了圆形阵列由于不等幅激励而导致方向图出现变形的现象;4)利用Rotman透镜多输入多输出的特性来代替复杂的馈电网络给圆形阵列激励,成功实现了九种不同的OAM模式。