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相控阵雷达系统是采用相控阵发射(接收)天线(Phased Array Antenna,PAA)实现扫描的雷达系统。与传统的机械扫描雷达不同,相控阵雷达通过控制阵列天线相邻阵元间的相位差来实现天线远区场的波束扫描,其中的关键部分是移相阵列单元。基于电延迟线和移相器阵列的传统电信号移相方式会受到延迟线长度和孔径效应的限制,以及电磁干扰等影响无法工作在较大的瞬时信号带宽下。为了克服传统PAA在扫描远区场的波束偏斜问题,考虑将电信号调制在光载波上,通过光学方法操控信号时延可以克服由电移相器带来的波束偏斜问题,还可以抗电磁干扰、减轻时延线的重量和体积等。本论文首先回顾了相控阵雷达的产生、发展,然后阐述了光控相控阵雷达的原理和优势,接着分析了光控相控阵雷达在国内外的研究现状以及现有的光真时延(Optical True Time Delay,OTTD)结构所存在的问题,通过深入研究PAA的基本原理以及线阵的方向图特性和光控相控阵雷达的基本模型及理论,提出了优化的光控相控阵时延阵列方案:(1)在对传统的OTTD方案的研究基础上,提出了在天线远区场产生等步进扫描的光延迟线阵列方案。通过控制均匀光纤布拉格光栅(Uniform Fiber Bragg Grating,UFBG)阵列的间隔,使可调谐激光源(Tunable Laser Source,TLS)发出的光波能够从相应的UFBG串延迟线的对应位置处反射,从而使相邻光栅串延迟线上对应同一反射波长的UFBG处的位置差转化为相应的时延差,使天线远区场产生等步进扫描。并将这种OTTD方案应用于二维(Two-Dimensional,2-D)平面,可以实现天线远区场在水平角和仰角两个方位的等步进扫描。(2)基于一维、二维扫描的OTTD系统,进而设计了一种基于等步进扫描的二维收发一体结构的光控波束形成网络(Optically Controlled Beamforming Network,OCBN)系统。该系统有两种工作模式:第一种为2-D波束扫描,实现方位角和仰角的波束扫描;第二种为2-D接收,将来自空间不同角度的信号接收并进行匹配滤波后还原出来。将2-D扫描和收发一体模块结合进行全方位的波束扫描和匹配接收,通过光器件的集成复用实现了2-D扫描的发射和接受功能。(3)在上述基于UFBG的OTTD方案的基础上,通过波长变换器(Wavelength Converter,WC)阵列级联实现了天线远区场提高其扫描精度的二级等步进扫描结构。通过WC阵列将第一级UFBG阵列和第二级高色散光纤(High Dispersion Fiber,HDF)阵列级联使TLS发出的光波波长在经过第一级时延结构后可调,从而使第二级时延量也灵活可调,进而实现天线远区场的高精度准连续扫描。此外,第一级时延结构由于光开关的引入使光纤光栅数量减半,TLS的发射光波的波长调谐范围也减半。