相控阵天线是由多个辐射单元组成的天线形式,可以通过改变辐射单元之间的馈电相位来改变整个相控阵天线的波束指向,从而实现波束的电扫描功能。为解决圆极化阵列天线二维宽角扫描的问题,本文从天线的基本理论出发,依据宽波束辐射单元可扩展相控阵扫描范围的原理,根据课题指标研究并设计了两种不同类型的天线单元,并将这两种宽波束单元组成不同类型阵列。此外还设计了一种可应用于大规模阵列的双圆极化宽波束辐射单元。主要内容如下:首先,论述了相控阵列天线的背景、发展现状和工作原理,总结了宽角扫描相控阵列天线与宽波束天线的设计方法及原则。设计了一种微带形式的宽波束单元,利用金属腔体对整个辐射场的耦合作用展宽天线的波束宽度,分别将这种宽波束单元设计成线极化以及圆极化形式,对于线极化单元组成直线阵,实现一维直线相控阵列的宽角扫描,可实现±82°的一维扫描。根据实际的课题指标,将圆极化宽波束单元采用矩形排布的形式组成二维阵列,实现二维16元阵列的圆极化扫描,可实现二维平面±57°的扫描,并将其加工实测,基本实现了设计要求。设计了一种单臂螺旋形式的宽波束圆极化单元,同样是通过金属腔体来扩展单臂螺旋的波束宽度,通过采用一种锥台形结构实现螺旋天线的宽带阻抗匹配。将此宽波束单臂螺旋单元组成三角形栅格排布的19元阵,将不同位置的阵列单元自旋不同角度,以获得很好的圆极化特性。由于两个平面的扫描范围不一致,通过仿真验证可以实现一个平面±47°圆极化扫描,另一个平面实现±53°圆极化扫描。根据所设计的微带圆极化宽波束单元,设计了一种可应用于大规模阵列的双圆极化形式的宽波束圆极化单元。设计了两种形式的双圆极化馈电网络,分别是3d B分支线耦合器形式的双点馈电网络与3d B分支线耦合器和T形功分器组合的四点馈电网络。将两种馈电网络分别应用于双层微带天线当中,并加工测试,结果与仿真结果吻合较好,且四点馈电形式网络解决了交叉极化恶化的问题。最后设计了一种不等波束宽度的阵中单元,通过构造异形的结构来实现不同平面的不等波束宽度。