相控阵雷达相比传统雷达具有波束扫描快等优势,已得到广泛的应用,然而由于存在孔径渡越时间的缺陷,只能在相对窄带的情况下工作,限制了其在现代战争中复杂环境下的应用。本文设计的光学相控阵天线将传统相控阵结合微波光子学,通过光学真延迟的方法补偿了孔径渡越时间,实现了微波信号在光域的延迟移相与合成,提高了雷达的瞬时带宽,消除了宽带雷达信号下的波束偏斜效应。本文系统性研究了光学相控阵天线的设计,并对实验样机进行了测试,对今后光学真时延相控阵的设计与实现有着一定的参考价值。本文从相控阵波束形成的原理出发,推导了相控阵的移相网络幅相误差对形成波束指向及波束增益的影响,同时从理论上解释了传统相控阵波束偏斜产生的原因及真时延结构带来的优点。本文也对光学相控阵系统中最根本的光载射频(RoF)链路进行了数学建模,根据模型推导了链路各项性能指标的理论表达式,并介绍了提高链路性能的方法。最终根据这两部分理论分析提出了光学相控阵天线系统的设计方案及对器件参数的优化选择。光纤可变延迟线作为光真时延移相网络的最基本单元其精度决定了相控阵的性能。本文提出了一种拥有高成功率的新型高精度延迟光纤制作工艺,设计了光纤精密研磨平台及基于此平台的高精度光纤延迟线制作流程。其制作过程中长度的精确测量由矢量网络分析仪(VNA)完成,最小精度受限于VNA的相位测量的不确定度,达到0.1 mm。提出光辅助并行时间交替采样模数转换技术方案及其通道失配误差的估计和修正方法,实现了在光学相控阵天线的接收端对雷达回波信号直接射频采样,并使用高采样率示波器完成了对该方案的实验验证。实验实现了四通道并行采样,等效采样率达到了40 GSas-1,在6.31 GHz测试信号下信纳比为40.3 dB,无杂散动态范围为57.6 dBc,对应有效位数为6.4位,达到示波器的上限。完成了8阵元光学相控阵天线样机在2-4 GHz频段内的性能测试,其中单路全光RoF链路的频段内最小的射频增益为-39.5 dB,最大噪声系数为40.3 dB,最小三阶无杂散动态范围为93.2 dB·Hz2/3。光纤延迟线插入损耗校准为7 dB,最大幅度均方根误差为0.55 dB,最大时延均方根误差为0.4 ps。排除外接模块引入的误差后测得波束指向精度在±40°扫描角时最大均方根误差仅为0.35°。测试结果表明了光纤延迟线幅度相位的精度以及对应波束指向角精度达到了相对较高的水准,同时此光学相控阵天线系统克服了波束偏斜效应,提高了系统的瞬时带宽。