低成本高精度的相控扫描天线和超宽带低剖面的共形天线在通信和制导等领域具有广泛的应用需求,一直是热点研究领域。单边带时间调制技术是近年来提出的一种非传统相控扫描技术,利用它可实现低成本高精度的波束扫描,但此前还面临着效率低、边带电平高等一系列共性难题。对数周期天线是实现超宽带的少数几种形式之一,但由于电尺寸的限制,在接近10倍频程范围实现共形低剖面仍面临着一系列挑战。针对上述问题,本文开展了一系列理论和技术研究,成功实现了高效率低边带的时间调制相控扫描天线,以及2-18GHz的圆柱共形低剖面单极子对数周期阵列天线。本文主要创新点如下:1.高效率的单边带时间调制相控阵天线:为了解决时间调制阵列天线中损耗较大的难题,对单边带时间调制相控阵天线的损耗机理进行了深入研究。在此基础上,提出了基于可重构功分器的高效率单边带时间调制相控阵天线,推导了所设计时间调制阵列的频谱解析式和各类损耗的解析公式,针对影响频谱性能的主要参数进行了分析。随后设计了一种8单元时间调制阵列对相关理论进行了验证,其边带电平为-16.9d B,无混叠信号带宽为8倍时间调制频率,损耗减少3d B,并对它的时间调制脉冲、频谱和波束扫描辐射方向图分别进行了测试。2.低边带电平的单边带时间调制相控阵天线:针对传统的单边带时间调制相控阵天线的调制脉冲波形设计自由度较低的问题,提出了基于数控衰减器的低边带电平的单边带时间调制相控阵天线。分析了多级阶梯形时间调制脉冲的解析公式,给出了优化边带电平的理论基础;在此基础上首先提出了通过抑制无用边带获得更加纯净的频谱,从而适用于窄带信号的单边带时间调制相控阵天线,并设计了一种采用4级阶梯形调脉冲的时间调制阵列,其边带电平为-23.52 d B,无混叠信号带宽为16倍时间调制频率;又提出了通过结合优化算法获得最优边带电平以抑制混叠效应,从而适用于宽带信号的单边带时间调制相控阵天线,并分别设计了采用4级和8级阶梯形调脉冲的时间调制阵列,其边带电平分别为-28.76 d B和-32.78 d B,在宽带情况下混叠造成的失真更低。对两种适用于不同信号带宽的设计分别进行了实验验证并进行了性能比较。3.幅度相位二重时间调制阵列天线:针对单边带时间调制阵列均是相位加权而未引入幅度加权的问题,提出幅度相位二重时间调制,在实现波束扫描的同时抑制副瓣。首先给出了二重时间调制阵列天线的理论基础,讨论了引入幅度调制对边带电平性能的影响以及对应的优化方案。然后,设计了一款基于高效率单边带时间调制相控阵天线的8单元幅度相位二重时间调制阵列天线,其副瓣增益小于-30d B,边带电平为-16d B,并根据仿真结果对其性能进行了分析。4.低剖面超宽带对数周期阵列天线:针对超宽带天线实现低剖面和小型化的问题,提出了两种对数周期阵列天线。首先提出了一种分别采用三种类型的天线单元,即在在高频段采用不同高度的单极子,中频段采用顶盘加载单极子,低频段采用折叠顶盘加载单极子,实现了覆盖2-18GHz的共形低剖面单极子对数周期阵列天线,其剖面高度仅0.053倍最低频对应的波长。采用了阵列与壳体之间的过渡结构,降低阵列所放置的圆柱形壳体的不良影响,优化整体性能。然后又基于印制电路板技术实现平面螺旋偶极子,提出了平面螺旋偶极子对数周期天线,在低剖面的情况下缩小整体尺寸,并设计了一种工作于2-6GHz的结构,其尺寸仅为传统结构的58%。