端射相控阵天线和圆极化相控阵天线在军事和民用方面得到广泛的应用。现代无线电子系统常常对端射相控阵天线与圆极化相控阵天线提出了非常苛刻的要求,如宽角扫描、宽频带、低副瓣等,常规端射相控阵的幅度相位加权手段越来越难以满足系统需求。通过引入时间设计自由度的四维天线阵则可以在幅相加权基础上增加时间加权,大大提高了端射相控阵设计的灵活性。本文以四维天线作为研究重点,将四维天线原理应用于圆极化天线阵与端射相控阵的分析与综合中。主要研究内容包括三部分。首先,在端射相控阵天线方面,设计出一种低频平面端射相控阵,实现了端射波束扫描。分别用方向图叠加原理、对称边界原理对其进行分析并仿真,实现了波束在±25°范围内扫描。此外,针对仿真中阵列方向图的上翘现象,分析了其产生原因,并简要地讨论加以抑制的方法。其次,在圆极化四维天线阵方面,设计出16单元圆极化直线天线阵,利用序列旋转方法降低其主瓣方向的交叉极化分量,得到了较高的圆极化纯度。运用时间调制理论,设计出圆极化四维天线阵,利用差分进化算法的全局优化特性,同时优化各单元的工作时序和静态激励幅度,在保持较低交叉极化分量的情况下,综合出超低副瓣方向图。最后,本文重点研究了四维端射相控阵列馈电一体化技术。提出了四维天线阵的馈电集成及其小型化的方法,并进行实验验证。设计了准八木型和伞状偶极子微带天线阵,得到理想的辐射方向图和工作带宽。提出一种新型的移项式时间调制方式,据此设计相应的移相式开关电路,实现两通道180°相移,并显著提高了四维天线阵的天线效率。针对馈电电路的实验结果与仿真结果基本吻合,表明馈电电路达到了新型时间调制方案提出的要求。