结构/功能一体化是飞行器结构的发展趋势,是提高结构效率和功能特性的重要手段。共形承载且具有天线功能的一体化复合材料天线结构,不仅可以提高结构效率,有效提升飞行器的气动性能,而且可以降低结构雷达散射面积并提高飞行器隐身性能。双稳态复合材料层板具有两种稳定构型,其两种稳定构型之间可实现大变形转变且无需能量持续输入即可维持其稳定构型,并具有轻质、可承载、低剖面、共形、适应大变形要求等特点,在可变形结构和能量收集领域具有广阔的应用前景。将其作为母体结构与天线器件一体化集成,可获得集天线功能和变体特征于一体的多功能复合材料结构,且双稳态复合材料层板在构型转变过程中的大变形特征可实现天线的辐射方向图可重构,满足大幅度、大转角重构的需求。本文提出了将双稳态特性与天线功能集成的一体化复合材料结构设计新方法。针对双稳态复合材料天线结构的稳定构型和电磁性能进行了研究,采用理论解析模型和有限元方法预报双稳态天线结构的稳定构型,采用电磁场软件设计模拟双稳态天线电磁性能,采用共固化方法制备一体化双稳态复合材料天线结构样件,并结合力学性能和电性能测试实验,验证理论和仿真结果。具体工作如下:基于天线理论和丝网印刷工艺设计并制备了薄膜印刷微带准八木天线,采用仿真和实验手段研究了薄膜天线的反射系数和辐射方向图性能。利用复合材料细观力学方法和叠加法确定了天线辐射层的有效弹性模量。基于内聚力有限元模型研究了天线辐射层/薄膜基体之间的界面粘接性能,模拟了辐射层与薄膜基体在90°剥离条件下的界面失效过程,预测了界面剥离强度并进行了实验验证,有限元与实验结果误差为8.11%。试验研究了临近空间环境高低温热循环、紫外辐照和臭氧辐照对薄膜印刷天线拉伸性能、界面剥离性能和辐射层电阻的影响规律。结果表明:高低温热循环对辐射层与薄膜基体之间的界面剥离强度影响最大,在经历60次热循环下剥离强度下降了18.24%;紫外和臭氧辐照主要影响辐射层电阻,对天线力学性能影响较小。将双稳态复合材料层板作为支撑结构,与上述薄膜天线一体化集成,形成双稳态微带八木天线力电多功能结构。基于非线性层板理论和Rayleigh-Ritz法,建立了双稳态八木天线结构的稳定构型理论预报解析模型,并经过有限元和实验进行了验证。利用有限元方法预报了双稳态八木天线结构跳变临界载荷,有限元预报的临界载荷和实验结果误差在10%以内。获得了玻璃纤维增强复合材料(GFRP)铺层厚度比、聚酰亚胺薄膜厚度及薄膜天线层铺设方式对双稳态八木天线结构稳定构型和临界载荷的影响规律。所设计的双稳态八木天线结构在铺层厚度比为0.35-0.75时具有双稳态特性,当聚酰亚胺薄膜厚度大于0.2mm时双稳态特性消失,增加薄膜厚度会提高天线结构的承载能力,其与跳变临界载荷近似呈线性关系。最后,研究了双稳态八木天线结构稳定构型跳变的形状记忆合金驱动方法,通过控制输入功率实现了天线结构稳定构型转变时间的可控,当输入电功率为9.82W时,天线结构从一种稳定构型向另一构型转变所需时间为20s左右,当输入功率为62.5W时,构型转变时间仅为0.2s左右。在构型分析基础上,建立了双稳态八木天线电磁仿真几何模型,研究了双稳态八木天线的电磁性能,重点分析了双稳态八木天线的方向图可重构性能。当天线结构稳定构型发生转变后,天线辐射方向图主波束方向在俯仰面偏转了30°,实现了天线方向图在俯仰面内重构。通过对天线辐射层表面电流分布情况分析,揭示了双稳态八木天线方向图可重构机理。研究了GFRP铺层厚度比和薄膜天线层铺设方式对天线主辐射方向的影响规律,通过改变铺层厚度比可实现天线方向图主波束更大角度偏转。最后,基于双稳态八木天线单元设计了二元阵列,通过仿真和实验研究了其方向图特性,不同于传统天线阵列只具备单一主波束,本文所设计的双稳态天线二元阵列在一种布局下,通过调控每个单元的稳定构型可实现四种不同形状的波束,并且可通过改变单元的相对布局可实现不同的方向图波束。本文提出的双稳态天线二元阵列增加了天线设计的自由度,为实现天线阵列辐射方向图的多样性提供了更多的可能。将双稳态层板既作为支撑结构又作为天线结构本身的一部分(介质基板),基于天线阵列方向图可重构机理,综合考虑构型和电性能,设计了双稳态贴片天线阵列结构,实现了天线阵列方向图全向/定向可重构。研究了双稳态贴片天线阵列结构稳定构型及电磁性能,当天线结构处于卷曲状态时天线具有全向辐射方向图,当处于展开状态时天线具有良好的定向辐射能力。天线阵列结构从全向到定向重构时,增益增加11.29d B,相应的通信距离增加3.7倍。最后,研究了GFRP铺层厚度比和接地板金属厚度对天线阵列结构稳定构型和方向图性能的影响。本文设计的双稳态天线阵列结构在可变形、可展开结构和可穿戴领域具有良好的应用前景。