信息化条件下战争打赢的关键是夺取制信息权,作为信息战“眼耳”的雷达,迫切需要被大量装备到卫星、战机、气球(飞艇)、舰船、阵地上。然而传统无源相控阵天线雷达因为设备庞大,功率损失大、设备昂贵、可靠性和可维修性低等诸多缺点无法满足要求。新兴的有源相控阵天线比传统无源相控阵天线相比有很多优势,但在降低天线阵的体积、减小控制复杂度,提高效率、移相精度和可靠性上受限于移相器。为了克服移相器的限制,本文提出了一种基于耦合振荡器阵列(Coupled Oscillator Array简写为COA)的非线性有源天线阵(Nonlinear Active Antenna Array,简写为NLA3)技术,可以不用移相器实现天线阵波束扫描和波束形成,对于降低天线阵的体积、成本、损耗有明显成效。本论文的主要研究工作如下:(1)通过天线阵波束形成系统的原理和实现方法,详细分析了几种传统相控阵天线实现波束形成系统存在的缺点,提出了一种利用COA来设计一个高性能的接收和发射波束形成系统,从而实现NLA3的方法。并从NLA3的需求分析入手,制定了基于COA的NLA3设计方案。(2)根据注频锁相基本理论,研究了注频锁相振荡器的非线性动力学特征,得出了若干对研究注频锁相振荡器有用的结论,根据此结论提出了一种设计微波振荡器的方法,运用此方法制作了基于注频锁相振荡器的625MHz COA单元,利用COA单元测试系统对COA单元进行了测试,结果表明COA单元实现了稳定的注频锁相,符合设计需求。(3)深入研究了COA基本拓扑结构的信号带宽和相位噪声,分析了该结构存在的缺点,设计了一种一级耦合振荡器阵列4倍频的优化拓扑结构,根据优化结构设计了COA系统,利用混频器设计的相位差测试系统对COA系统进行了测试,结果表明COA相邻单元间相位差可在(-180°,180°)独立调节,达到了设计要求。(4)分析了NLA3波束形成基本理论,在此基础上研究了如何利用COA实现NLA3,并计算仿真了由50个COA组成的NLA3系统,结果验证了该方法的有效性。