随着卫星通信技术的快速发展，以及车载卫星系统的灵活和机动等特点，使得车载卫星天线系统在军事和民用领域得到了广泛应用。天线单元与控制系统是卫星通信系统中不可或缺的部分，所以对车载卫星天线系统的天线单元与控制系统的研究具有重要的意义。本文以车载卫星天线系统的研究与设计为背景,针对目前微带天线存在的频带窄、增益低和车载控制系统时实跟踪的复杂性、不稳定性进行了深入研究。提出了一种基于以周期性不等高圆柱空气隙作为光子晶体的新型微带天线和一种改进型的PID控制算法，并综合运用GPS、电子罗盘、陀螺仪和倾角仪的基础上，设计了以TMS320LF2812为微处理器的车载伺服控制器。首先，论文分析了课题的研究背景和意义以及国内外的现状与发展，然后对卫星信号的传输、信号的发射、卫星电视接收、卫星天线的分类等相关的系统理论进行了深入的研究学习，为系统的下一步设计打下理论基础。其次，以TMS320LF2812为主控芯片，对车载卫星天线系统进行硬件电路的设计，并对系统的电源模块、控制芯片模块、执行电机模块、传感器模块和相移器模块进行了详细的设计。最后，文章重点对基于介质型光子晶体的微带天线进行了研究与设计，通过HFSS软件对天线单元进行不断的优化仿真，并对仿真结果进行了分析。接下来对本系统控制算法、方位俯仰控制算法、RSSI粗对准算法、相移算法进行了研究与设计。考虑到载体在运动过程中具有非线性和不确定性，提出了一种改进型PID算法控制，该算法采用多模态控制，针对不同范围的误差采用不同的PID参数。并用Simulink和Matlab对模型和算法进行了仿真，并对实验结果进行了分析。仿真测试结果表明，本文设计的车载卫星天线系统有效的改善了天线的各项指标和系统的稳定性，具有很强的可行性和实用性。