传统的相控阵由于其优异的电子控制波束能力而闻名,然而为了满足不断增长的需求,频率分集阵列(Frequency Diversity Array,FDA)的概念首次由Antonik提出。通过在传统的相控阵各阵元间引入微小的频率偏移量,从而产生距离相关的发射波束,具有更高的自由度。由于频率分集阵列方向图的距离-角度依赖性,使其在雷达、目标识别和安全通信中具有潜在的应用前景,从而引起人们的广泛关注。随着5G的商用,更多的应用场景离不开无线通信技术,因此安全通信技术越来越引起人们的重视。不同于应用层加密技术,在物理层实现信息的安全传输具有重要的研究意义。本文首先研究了频率分集阵列波束图的距离-角度依赖性,然后研究了频率分集阵列的实现误差及其对波束形成的影响,最后重点研究了基于频率分集阵列的方向调制通信技术。本论文的主要工作如下:1.研究了频率分集阵列波束的主要特性:距离-角度依赖性,周期性,“S”形波束等特点。针对频率分集阵列波束的距离-角度耦合性的研究,本文提出了一种基于切比雪夫多项式的非线性频偏实现波束图的距离-角度去耦合。2.考虑到阵列天线的应用过程中,由于各种工程实现误差的影响,其辐射特性受到影响,从而影响通信系统的性能。本文针对频率分集阵列实现过程中可能存在的误差如:幅相误差、频偏误差和阵元位置误差,建立了存在误差时频率分集阵列方向图的数学模型。理论推导了频率分集阵列方向图误差模型的统计特性以及波束成形性能,为验证上述理论推导,采用蒙特卡洛仿真的分析方法。3.针对建立的频率分集阵列方向图误差模型,本文基于典型的频率分集阵列方向调制通信系统,研究了阵列实现误差对方向调制系统的性能影响。分别在距离维和角度维研究了不同误差对通信系统性能的影响,为方向调制系统的设计和工程实现提供了理论指导。4.研究了切换天线方向调制扩频技术,发现该技术存在泄漏距离和角度位置的问题。通过研究发现导致信息泄漏的原因为:一是由于在射频切换天线实现扩频,天线选择的序号与扩频码相关,从而导致在某些位置存在解扩效应;二是现有的基于频率分集阵列的方向调制技术的研究都是采用线性频偏,从而导致方向调制系统由于其波束在距离维上的周期性导致信息泄漏。本文提出了一种新的扩频动态方向调制通信系统,实现了更加安全的信息传输。