随着通信、雷达等技术的飞速进步，无线电子系统促使其天线朝着高性能、多功能、低成本、小型化的方向不断发展，天线对于系统性能的提升也起着越来越重要甚至是决定性的作用。传统的高性能天线面临着馈电结构复杂、器件精度要求高、成本居高不下等诸多难以解决的缺点。自四维天线阵的概念提出以来，通过近十年来的研究，四维天线阵在提高天线性能、简化馈电结构、降低造价等方面的巨大潜力越来越引起人们的关注。由于时间变量的引入，四维天线阵的辐射和接收信号具有一些特有的性质，深入研究这些性质并加以利用，不但能弥补传统天线设计的不足，还能挖掘出适宜四维天线阵的新应用。本文将深入研究四维天线阵的辐射和接收特性，在四维天线阵的应用基础方面展开探讨，具体包涵以下几个方面：一、对四维天线阵的时域分析方法展开研究。采用基于等效基带理论的时域分析方法，不仅可以直观研究四维天线阵的辐射信号，而且采样点数少，存储空间小，数据处理速度快。将四维天线阵的辐射信号表示为时域形式，便于分析四维天线阵在噪声、干扰、系统级联等情况下的响应，为四维天线阵的系统级分析提供了有效手段。二、将方向调制技术与四维天线阵技术相结合，构成基于四维天线阵的保密通信系统。该方法利用四维天线阵方向图时变的性质，天线阵列不但作为信号辐射装置，还作为信号调制装置。采用该方法的QPSK调制系统和M扩频序列调制系统，不但发射机结构得以简化，而且只在特定角度形成有用信息，实现了信息的空域加密。三、将四维天线阵与单脉冲测向技术相结合，构成基于四维天线阵的单脉冲测向系统。首先采用差分进化算法优化四维天线阵的时间序列，产生多个波束，其次将四维天线阵产生的多波束相加减，在多个角度形成多个和差波束，以扩展测角范围。该方法提高了单脉冲雷达的测向速度和应对大空域内多目标群的能力。仿真和实验结果验证了该方法的有效性。