现代战争是高科技、多信息融合的战争,对各种武器平台的性能要求不断提高,功能要求更是逐渐多样化,如通信、导航、电子侦察对抗以及态势感知等。然而,这些功能系统不仅占用了平台较大的体积、载荷,更重要的是会影响到武器平台整体的电磁隐身与兼容以及空气动力学等特性。随着科技的快速发展,人们开始考虑综合化电子信息系统,而射频孔径综合又是其代表性技术之一。实现射频孔径综合,即天线综合一体化设计,其主要方法:一是宽频带天线或多功能相控阵天线;二是天线共形或内埋。尽管定向的宽频带天线种类繁多,但是仍有一些不足之处有待改进,例如带宽范围内天线增益波动大,轴比带宽小于驻波带宽等。本文围绕这一问题,在宽带电磁问题计算方法、宽频带天线和宽带阵列天线方面展开研究。主要工作以及创新点概括如下:第一、宽带电磁问题计算方法研究。本文对新型的电磁场时域数值计算方法-时域间断伽辽金方法(DGTD)进行了系统地研究。首先,从DGTD方法的基本原理,到各种边界条件的实现,再到计算电磁散射和辐射问题时激励源的引入,对DGTD方法进行了深入地研究。对于多尺度电磁问题,由于显式时间积分方法具有简单、易并行的特点,本文主要对基于Leap-Frog显式格式的DGTD方法进行了研究。但显式格式的全局时间步长受限于最小的网格单元,计算效率被严重制约。本文又对基于Leap-Frog格式的局域时间步算法进行了深入地研究,并在Montseny提出的递归型局域时间步算法的基础上,提出了一种改进型局域时间步算法。改进型局域时间步算法不仅保持了Montseny递归型局域时间步算法的优点,如原理直观、编程简单等,最为重要的是,显著地提升了基于Leap-Frog显式格式的DGTD方法的计算效率。基于电磁散射和电磁辐射问题的多个数值算例的验证表明,相比Montseny递归型局域时间步算法,改进型局域时间步算法极大地提高了计算效率。更重要的是,与Montseny局域时间步算法内存占比相同,并没有额外的内存消耗。第二、基于复杂载体的宽频带天线研究。传统的宽带天线,如偶极子天线、盘锥天线等,由于其双向辐射特性,需增加特定高度的反射地板才能形成定向辐射,但不同频率对高度要求不同,造成天线在阻抗带宽范围内的增益不稳定,方向图一致性较差等问题。虽然提出不少措施来改善其辐射特性,但也增加了天线设计与加工的难度。本文对新型的互补型天线-磁电偶极子天线进行了深入地研究。首先,提出了一种基于微带线口径耦合馈电的线极化磁电偶极子天线,该天线不仅保持了传统磁电偶极子天线的优点,还极大地提高了其阻抗带宽。基于同样的馈电方式,设计了圆极化的磁电偶极子天线,该天线的轴比带宽与阻抗带宽一样,在轴比带宽范围内增益波动较小。其次,为了改善微带线口径耦合馈电方式后向辐射较大的缺点,设计了一款基于带状线口径耦合馈电的磁电偶极子天线,成功地抑制了天线较大的后向辐射,提高了天线的前后比。另外,研究分析了各种口径形状的背腔加载对宽频带磁电偶极子天线电性能的影响。通过对背腔对天线性能影响机理的分析,掌握了高性能背腔的设计方法。最后,基于设计的高性能背腔,深入地研究和探讨了嵌入式安装时,复杂载体对宽频带磁电偶极子天线电性能的影响。第三、宽带阵列天线研究。利用紧耦合的概念,基于第二点中提出的微带线口径耦合馈电的磁电偶极子天线,设计了基于微带线口径耦合馈电的宽带阵列天线。该紧耦合阵列天线采用微带线口径耦合馈电结构,省去了传统基于偶极子的紧耦合阵列天线的宽带巴伦设计,极大地简化了阵列天线的设计难度。该阵列天线具有结构紧凑、馈电简单、剖面低等优点。在周期性边界条件下,设计的宽带阵列天线单元在任意平面扫描至±45°时的阻抗带宽(Active VSWR<2)为86%,频率范围从2.55GHz到6.4GHz。随后,对紧耦合有限大阵列的边缘截断效应、介质匹配层以及频率选择表面(FSS)匹配层进行了研究和探讨。最后,为了验证设计的正确性,对9×9的有限大宽带阵列天线进行了实物加工和测试。测试结果与仿真结果吻合良好。