气象雷达相控阵天线系统是国内外研究的热点领域之一,具有多极化,大扫描角,高分辨率等特点。本文研究设计了矩形波导窄边斜缝天线和单脊波导宽边纵缝天线的行单元,并将两种天线行单元创新组合形成具有大扫描角的双极化相控阵天线。本文的具体研究内容如下:首先,简要介绍了波导理论以及波导缝隙天线的相关理论,特别详细地阐述了矩形波导宽边纵缝和窄边斜缝的归一化等效电导理论,并简要概述了相控阵天线的波束扫描原理,为本文的双极化相控阵天线的设计提供了理论基础。其次,基于矩形波导缝隙理论并借助计算机辅助的设计方法设计了长度为2.5m,辐射水平极化波的矩形波导窄边缝隙行单元天线,经过CST仿真软件进行仿真验证,行单元天线的水平方向波束宽度不超过1°,行单元天线增益达到25d Bi以上,第一旁瓣电平优于-35d Bi,仿真的最终情况完全符合设计的需求。之后对行单元天线进行实物加工与测试,实物测试与仿真结果相吻合。本文根据阵列天线的增益以及波束宽度的要求,将64个该行单元天线按照一定的间距依次排列组成64元阵列天线,并进行实物加工与测试,阵列天线增益大于41d Bi,俯仰面波束宽度不超过1.8°,第一旁瓣电平优于-32d B,该测试结果完全符合设计要求,验证了方案的可行性,为本文的双极化相控阵天线的设计提供了范本。之后,根据不同的天线指标采用单脊波导宽边开纵缝的方案设计了长度为1.5m的垂直极化行单元,关键一步是运用计算机辅助的设计方法提取缝隙电导函数,再依据泰勒加权得到缝隙电导分布,最后求得各个缝隙的具体位置。仿真该天线模型,得到天线增益高于19d Bi,水平方向波束宽度不大于2.3°,副瓣电平小于-35d B,仿真结果验证了方案的可行性。最后,根据双极化相控阵天线的设计要求,本文采用单脊波导宽边辐射垂直极化波与非标矩形波导窄边辐射水平极化波相结合组成双极化相控阵天线的行单元,并根据该相控阵天线的增益、波束宽度以及扫描角度的要求,设计了水平长度为1.5m的16根单脊波导宽边纵缝行单元与16根矩形波导窄边斜缝行单元依次交替排列组成具有大扫描角的双极化相控阵天线。仿真该天线模型,得到天线增益达到30d Bi以上;不扫描时,水平方向波束宽度小于8°,垂直方向波束宽度小于3°,水平方向与垂直方向的旁瓣电平均均小于-30d B。仿真该天线的波束扫描特性,给每个激励端口设置不同的幅度和相位,使得天线俯仰方向的扫描角达到±50°,仿真结果与该天线的设计指标相吻合。