随着无线通信、新型雷达的快速发展，都要求其天线系统具有远距离高精度、大空域覆盖且灵活的波束扫描，期望天线单元具有宽波束和高增益等特性，对于基于传统技术的天线和阵列的挑战极高。可重构天线概念的提出及研究释放了新的设计自由度，对提升天线及阵列性能提供了巨大潜能。本文围绕高增益的可重构广角天线单元和射频开关在该天线单元上的研究及应用展开了系统而深入的研究，取得了一定的创新性成果。本文从同时实现天线单元的宽波束和高增益的需求出发，基于角形天线及半波对称振子的理论基础，引入方向图可重构的思想，设计出一款“大”字形的高增益的可重构广角天线单元。其通过控制天线的五根金属振子的连接方式实现天线的三种不同辐射结构的切换，重构出三个不同的辐射方向图，组合起来保证天线7dBi高增益的同时，E面3dB角宽达到124°，H面3dB角宽达到117.2°，且拥有较低的副瓣电平，可以满足大角度宽波束扫描的相控阵天线对天线单元的高增益和宽波束的需求。制作的谐振频率为2.4GHz天线模型的S参数曲线和E面、H面方向图均与仿真值基本吻合，证明了天线结构的有效性和可行性。以上述天线单元为基础，本文进一步设计和研究出基于PIN开关和MESFET开关的高增益的可重构广角天线单元。由于微波开关及其直流偏置电路一直是可重构天线中的设计难点，在设计基于PIN开关的方向图可重构天线单元过程中，对PIN开关和基于PIN开关的直流偏置电路进行了深入的研究，给出了PIN开关的隔离度、插入损耗与开关内部等效电参数的关系，总结了常用天线单元加载微波开关后的直流偏置电路的设计思想及拓扑图并设计了适用于本文的方向图可重构天线的直流偏置电路。通过对基于PIN开关的高增益的可重构广角天线模型的实验结果分析得出，开关的隔离度对天线性能的影响极大，隔离度小于20dB的PIN二极管开关不能满足本文的高增益的可重构广角天线的设计需求，为后续的实验工作提供了重要价值的结论和正确的引导。本文在基于MESFET开关的高增益的可重构广角天线单元的设计中，紧紧围绕开关隔离度这一关键问题，调研分析了市场上隔离度高、偏置电路简单的射频开关，并重点分析了MESFET开关的应用环境，包括外接电路的设计、RF PCB上的布线及布局等诸多因素对开关隔离度的影响。考虑到本文的方向图可重构天线中的MESFET开关是应用在非完全地的环境下，故在非完全地的应用环境下实现射频信号的有效传输、保证射频信号间的隔离度成为该可重构天线的重点及难点。本文通过一系列的偏置电路设计及RF PCB的布局布线设计，如RFPCB上射频信号的短线效应控制、高频集总元件的使用等实现了基于MESFET开关的高增益的可重构广角天线模型在三种组合工作模式下同时的高增益和宽波束覆盖，即保证6dBi高增益的同时，E面和H面3dB角宽均为105o，且副瓣电平较低，与仿真值吻合较好。总之，本文提出了一种新型的立体式可重构天线，打破了传统的印刷式可重构天线的局限，通过重构三种不同的辐射方向图和解决重构机制中出现的诸多关键性问题实现天线单元较高增益的同时，E面和H面的大角度覆盖，为可重构天线的结构设计提供了新思路，为可重构天线的直流偏置电路中可能出现的诸多关键性问题提供了解决方法，具有较高的研究价值。