天线作为无线通信系统中至关重要的器件,将电路中的导行波与自由空间的电磁波相互转换。高增益天线可以节省信号发射功率,提高接收机的灵敏度;具有宽波束的天线可以覆盖较宽的范围;既具有高增益又可以宽角度覆盖的天线吸引大量的关注。本文利用非均匀分布相控阵天线和智能天线两种技术对具有宽覆盖范围的波束扫描天线进行了初步探索,主要工作如下:第一章阐述论文的研究背景,对相控阵和智能天线领域相关研究做出回顾和总结,并概述了本文工作内容。第二章对天线组阵的原理进行阐述,介绍均匀和非均匀分布阵列的分析方法,并对非均匀分布直线阵列建立模型,为后文的工作打下了基础。第三章对宽覆盖扫描直线阵列相控阵天线进行了研究。通过把直线阵列单元的非均匀分布作为变量,把阵列副瓣电平作为适应度函数,应用遗传算法在宽角度覆盖范围内对天线性能进行了优化。通过集成基片集成移相器、功分器等馈电网络,本章对所设计的天线进行了全波电磁仿真验证。为了进一步降低最大指向时的副瓣电平,使用了两个匹配的哑单元分别安置在非均匀分布直线阵的两端来降低边缘效应。为了验证设计的准确性,本章加工了分别具有0°和70°指向的两个直线阵列,并进行了测试。实验结果验证了仿真设计。所设计的直线阵列在宽角度范围内有较低的波动增益和副瓣电平。第四章对稀疏直线阵列的扫描性能进行了研究。结合遗传算法和基片集成波导技术,设计了两个口径为4.5波长、单元数分别为8和7的稀疏直线阵列。分别对其空间和馈电分布进行了优化和全波电磁仿真验证,并分析了二者的扫描特性。为了验证设计的准确性,本章加工了分别具有0°和-15°指向的两个直线阵列并进行了测试,实验结果验证了仿真设计。实验结果表明了稀疏阵列可在节省单元数的情况下,保持同样的波束宽度和低副瓣电平,并且在小角度范围内具有良好的扫描性能。第五章设计了一个波束切换智能天线。应用低成本的单层FR4介质基板和PCB工艺,设计并加工了宽带微带贴片天线、射频电路和控制电路。组装联调实测后,该天线波束可成功切换以追踪发射波束,在全向360°范围内增益波动低于3.5dB。本章的研究成果已在国际会议2017APCAP中接收并做展示。第六章对本文的工作做了展望和总结。