论文对不同类型的多层微带阵列天线展开了研究,并提出了多种新型赋形波束的多层微带阵列天线,均取得了优良的实测性能。首先研究了基于粒子群优化算法的赋形波束综合方法和Buckley行波阵口径综合方法;基于一般意义上的行波阵模型研究了行波阵设计方法;提出了有源耦合系数的概念来表征行波阵中阵元间的互耦对阵元辐射能力的影响,并提出了有效的考虑互耦的行波阵优化方法。对宽带微带缝隙耦合叠层贴片(Aperture-Coupled Stacked Patch,ASP)天线单元进行了详细的匹配原理分析和参数影响分析;采用灵活的馈电方式,设计并实现了45°极化的宽带多层并馈微带ASP阵列天线,该阵列在40%的带宽内获得了良好的实测驻波性能和稳定的辐射方向图。设计了赋形波束不等间距串馈微带缝隙耦合贴片(Aperture-Coupled Patch,ACP)行波阵,详细分析了其优化过程。该阵列获得了良好的实测赋形波束方向图结果,验证了所提出的考虑互耦的行波阵优化方法。提出了新型赋形波束等间距串馈微带ASP行波阵,解决了串馈微带ACP阵列可用方向图带宽窄的问题。提出了具备双谐振特性的微带馈电的宽带双端口ASP天线作为阵列单元,从而拓展了ASP阵列的方向图带宽;另外,阵列采用了等间距组阵形式,给阵列方向图的设计和优化带来了更大的自由,有效解决了不等间距阵列存在的优化目标与综合目标偏差的问题。加工的ASP阵列在一个7.6%的带宽内获得了良好的实测赋形波束方向图结果。提出了新型赋形波束等间距串馈带线ASP行波阵,解决了微带ACP或ASP阵列存在的因需要额外增加金属背腔而导致系统体积重量增加的问题,并解决了微带等间距串馈ASP阵列由于微带拐角的杂散辐射带来的损耗问题;提出了新型带线馈电的双端口ASP天线单元,在单元设计中提出了简单有效的措施成功解决了带线缝隙馈电的贴片天线难以获得大耦合量的问题。该串馈带线ASP阵列的实验结果表明,阵列的2:1 VSWR带宽达到了33.2%;在3.8%的带宽内,阵列的主波束与理想曲线相比仅存在±1.5dB的波纹起伏,阵列实测的副瓣电平低于-16dB;并且相比于仿真方向性系数,带宽内实测阵列增益仅下降了0.6~1dB,体现出串馈带线阵在损耗方面的优势。提出了基于SIW的多层赋形波束行波阵。首先,提出了一种新型SIW多层缝隙天线作为阵列单元,详细研究了该天线的双谐振机理及结构参数对天线性能的影响;其次,采用这种缝隙单元,分别设计了一个SIW赋形波束行波线阵和一个面阵,并对阵列的优化过程进行了详细研究。阵列的实测结果表明,SIW面阵在4.8%的带宽范围内,保持了优良的波束赋形效果:与理想曲线相比,主波束仅存在±1.5dB的波纹起伏;实测的阵列副瓣电平在整个频带内最高抬升至-20dB,仅比阵列在中心频率处的仿真副瓣电平高出2dB。在不计入微带-SIW转换的额外损耗的前提下,SIW阵列本身的实测增益相比于仿真方向性系数仅下降了0.5dB,显示出阵列的低损耗性能。研究了波导缝隙耦合微带阵列天线的设计及其隔离问题。首先,设计和实现了一部X波段波导缝隙耦合微带阵列天线,获得了良好的阵列性能:该阵列在其中心频率处实测的H面副瓣电平低于-21dB,E面副瓣电平低于-18.7dB,阵列的辐射效率达到62.8%;然后,基于电磁带隙结构开展了提高此类阵列天线间隔离度的实验研究,首次对EBG墙隔离结构、扼流槽+EBG墙的混合型隔离结构的原理与性能展开了深入的实验分析。实验结果表明,采用扼流槽+EBG墙的混合隔离结构的波导缝隙耦合微带阵列间的收发隔离度相比不加任何隔离措施的阵列间隔离度了提高了30dB以上。