天线作为无线通信系统的最前端,对整个无线通信系统的性能起着至关重要的作用。如今随着无线通信技术的高速发展,对天线性能的要求也越来越高。包括更宽的工作频带,比如符合FCC标准的UWB通信技术,其工作频段要求覆盖3.1~10.6GHz;更高的增益,比如用于目标追踪的高分辨率雷达天线,其增益要求常常达到30dBi甚至更高;更小的尺寸,比如无线终端天线,往往需要在极其有限的空间内排布6副及其以上的天线,此时需采用各种天线小型化技术缩减天线尺寸。在实际应用过程中,某些安装平台对天线系统的气动性有一定的要求,所设计的天线必须有利于共形安装以减少风阻等。端射天线作为一种有别于传统侧射天线的特殊天线结构,能够以较低的剖面在端向产生辐射,有利于共形安装。另一方面,对于需要共形设计的端射天线,其特殊安装环境使得天线的设计还需要考虑到金属表面、介质天线罩等的影响,所有这些都给天线的设计带来了极大的挑战。同时,传统的共形阵列主要是通过运用各种圆形阵列综合方法以达到波束全向覆盖或者全空域覆盖的目的。目前,国内外针对共形端射阵列设计的相关研究较少,但共形端射阵列在超宽带无源测向、相控阵雷达、反辐射导弹等领域发挥着越来越重要的作用。因此对有利用于共形安装的端射天线及其共形端射阵列的设计方法及相关理论进行深入的探究具备重要的意义。针对以上问题,本文研究设计了一种基于缝隙的超宽带端射天线,具备馈电结构简单、剖面较低、有利于共形安装等特点。同时对大金属柱体作为共形安装载体平台时对天线辐射特性的影响进行了探究,分析了平面波入射分层介质时电磁波的传输特性,为分析介质天线罩对天线性能的影响提供了基础理论依据。本文主要的研究工作及创新点如下:一、以折合缝隙作为基本辐射单元,并根据对数周期律准非频变原理,设计了宽带端射天线。针对这种端射缝隙天线设计过程中出现的波束上翘的现象进行了必要的理论分析,同时提出了通过延长端射缝隙前端地面的尺寸来改善波束上翘的现象。二、针对折合缝隙天线双向辐射问题,以及实际应用过程中需要共形安装在金属载体平台上的苛刻环境特点,对比研究了在缝隙天线一面添加金属反射板和金属背腔时,对缝隙天线性能影响的异同,得出缝隙天线加载背腔比加载反射板具有更好的辐射性能。同时深入研究了金属背腔关键参数对折合缝隙天线的影响机理,为下一章对数周期背腔折合缝隙天线的设计提供了初步的理论依据。三、提出利用倒置结构和在辐射口径上方添加介质覆层的方法来优化天线性能,使其在宽频带(6~18GHz)内实现了良好的匹配和稳定的端向辐射。仿真和实测结果显示这种天线在整个6~18GHz频带内实现了稳定的端向辐射,正端射方向的增益达到4dBi以上。四、提出了一种基于耦合原理的共面波导——微带线转换结构,有效地实现了本论文设计天线的宽带馈电需求。所提出的转换结构在6~18GHz内具有阻抗匹配良好,插损小的特点。五、对比分析了天线在单独使用和共形安装于金属柱体时辐射性能的差异,得出了金属载体对天线性能影响的规律。对平面波入射分层介质时的传输特性进行了理论分析,为分析天线前方介质天线罩对天线性能的影响提供了理论基础。对端射共形阵列的设计提供了指导。通过以上研究,本论文提出并设计的基于缝隙的超宽带端射天线有利于共形安装于金属载体平台,在6~18GHz内实现稳定的端向辐射,正端射方向的增益达到4dBi以上,同时具备较低的剖面,天线整体剖面尺寸仅为11.1mm。而对金属柱体和介质天线罩对天线性能的影响分析则有效地指导了共形端射阵列的设计。上述研究成果为宽带端射天线设计提供了新的思路,能很好地应用于超宽带无源共形测向阵、超宽带共形相控阵、弹载端射天线等。