液晶材料作为一种新型可调谐材料,近些年来由光学领域引入到微波、毫米波领域。由于其具有优越的介电各项异性、连续调谐及良好的线性度等特性,使得可调谐微波器件得到了进一步的发展。漏波天线是目前备受关注的一类行波天线,它具有很强的定向性及波束扫描特性,同时兼具结构紧凑、设计简便、易于馈电、成本低廉等优势。将液晶材料与漏波天线结合构成的新型液晶调控电控波束扫描天线,在兼具了二者优势的同时,也遇到了诸多挑战。本文针对液晶调控机制中材料液体流动形态,导致电控扫描漏波天线在模型建立、机理分析、设计优化和加工封装上的技术难点展开研究,针对现有液晶电控扫描漏波天线受限于液晶介电各项异性强度、天线单元结构等因素,在Ku波段定频扫描范围有限的问题开展了波束扫描范围扩展方法的相关研究,并将其应用于空间谱估计领域,替代传统的阵列天线,实现小型化天线解决波达方向估计应用的问题。首先,针对液晶材料的液体形态,及现有液晶微波器件对加工工艺要求严格、造价高昂等问题,从液晶材料在微波波段的特性及漏波天线的辐射机理研究出发,提出了新型微带-波导转换模式的液晶电控扫描漏波天线。通过耦合缝隙及馈电腔的设计,实现漏波天线馈电端电磁波从微带传输模式到波导传输模式的转换,达到射频信号与直流偏压间电隔离的目的,同时获得良好的阻抗匹配效果,进而实现液晶介质填充的波导缝隙型漏波天线,并从理论上分析了其工作机理。这一液晶漏波天线的实现方法为基于波导的液晶漏波天线提供了新的解决方案。其次,由于均匀及周期性结构液晶漏波天线的波束扫描特性存在固有的侧向辐射禁带,因而引入了具有液晶调控机制的复合左右手传输线理论来解决这一问题。通过获得随着液晶介电各项异性变化始终具有平衡色散特性的复合左右手结构,来实现具有前后向连续波束扫描特性的单/双调谐两种模式的新型复合左右手漏波天线。通过连通短截线的设计使其避免了复杂的馈电网络,并且通过对两层液晶的独立控制和有效结合,获得了更加灵活和精准的液晶双调谐模式实现方法,并从理论上进一步论证了其工作机理。然后,为了扩展液晶电控扫描漏波天线的波束扫描范围,提出了一种通用的色散敏感度提高理论,通过引入具有高色散敏感度的单元结构,来提升天线整体的色散敏感度,从而获得有效地扩大波束扫描范围的理论方法。并设计了基于液晶材料的小型化高色散敏感度单元结构,与复合左右手液晶漏波天线结合,有效地扩大天线的波束扫描范围,并且具有普适性,对于提高液晶漏波天线的扫描范围具有重要的现实意义。最后,针对现有液晶漏波天线普遍停留在天线本身的机理及特性研究,而没有将其应用于实际系统中验证其性能的情况,本文将具有大扫描角度的液晶电控扫描漏波天线应用于波达方向估计系统中,代替传统的大型阵列天线,并与子空间旋转不变性算法进行结合,提出漏波天线子阵阵列流形构成方法,同时由漏波天线辐射特性研究出发,对算法进行改进以适用于电控扫描漏波天线,进而获得基于子空间旋转不变性算法的电控扫描漏波天线波达方向估计新方法,为实现波达估计系统的小型化、低成本、低功耗提供了具有可行性的解决方案。综上,本文的研究内容针对液晶电控扫描漏波天线在实际应用中遇到的问题,以理论研究为基础,结合全波仿真及实验验证,开展全面的科学性研究,为液晶漏波天线的研究与潜在应用提供了坚实的理论基础及研究价值。