随着无线通信技术的不断发展,综合射频系统逐步呈现出多功能一体化的发展态势,具有宽频带工作特性的天线及阵列技术已成为国内外天线领域专家学者关注的热点。基于紧耦合效应的阵列天线可利用阵元间的强电磁耦合效应实现展宽天线工作带宽的作用。由于具有超宽带、低剖面、宽角扫描等显著优点,紧耦合阵列已成为高性能雷达宽带天线设计的优选形式,在民用及军用通信领域具有广阔的应用前景。因此,本论文结合现代通信领域的发展需求,以基于紧耦合效应的宽频带天线为研究对象,对超宽带双极化阵列、宽频带圆极化天线展开研究。作者的主要工作及成果如下:1.研究了紧耦合阵列天线相关理论及其设计方法。首先,对相控阵天线扫描基本原理及宽频带相控阵天线设计难点进行了分析。其次,研究了紧耦合阵列天线工作机理与等效电路模型,采用ADS软件对其进行建模分析,结合HFSS软件完成了紧耦合阵列单元结构设计。此外,对紧耦合阵列单元馈电结构设计、共模谐振移除方法、宽角阻抗匹配层技术三方面进行了分析与研究。2.基于紧耦合天线理论,设计了一款超宽带紧耦合阵列天线。首先,采用非平衡方式对短偶极子单元馈电,基于波导截止频率理论对耦合短路方法分析,将共模谐振移出天线工作频带,并通过引入平行耦合片结构实现了天线单元宽频带阻抗匹配。其次,从宽角阻抗匹配层加载和阵列扫描盲点消除两方面,对天线的宽角扫描特性进行了分析,完成了紧耦合天线单元设计。再次,对紧耦合有限阵列的截断处理方法进行了讨论,采用虚元加载方法对一维无限大阵列截断处理,并对其阻抗带宽与相扫特性进行了分析,完成了8×8阵列规模的紧耦合阵列天线设计,对仿真结果和测试方法进行了分析讨论。3.将电磁耦合效应引入圆极化天线设计,提出了两款宽频带圆极化天线。在第一款天线设计中,在非对称偶极子结构上引入单臂耦合效应,利用振子臂间的电磁耦合改善天线阻抗匹配特性,并通过引入阻抗匹配条及交指结构来优化天线工作带宽。测试结果表明该天线实现了108%的阻抗带宽以及96%的轴比带宽,具有良好的宽频带圆极化工作特性。在第二款天线设计中,在非对称偶极子结构与单元间耦合效应的基础上,引入人工磁导体表面,实现了宽频带圆极化天线的低剖面设计,测试结果表明该天线具有115%的阻抗带宽和97%的轴比带宽,可实现良好的宽频带圆极化工作,并具有低剖面结构优点。