第五代移动通信快速增长的应用需求带来毫米波相控阵天线的研究热潮。目前在面向5G毫米波移动通信的相控阵天线研究中,单元天线半功率波束宽度较小、阵元间距大、阵元数量少等因素制约了毫米波相控阵天线的扫描角度范围。因此,本文基于阵列结构设计的概念,基于基片集成波导H面喇叭天线和双极化叠层贴片天线开展毫米波一维扫描相控阵天线的研究;针对所提出的非平面布局相控阵天线,提出一种基于混合整数优化的相控阵综合算法。具体内容如下:1、毫米波非平面布局宽角扫描相控阵天线:基于基片集成波导H面喇叭单元,将各阵元辐射口径高度引入到相控阵天线设计中,提出一种非平面阵列布局的相控阵天线结构,提升了阵列天线的端口隔离度、宽角扫描能力。先设计了一个带有非等功率分配的6路功分器的6×1子阵列,降低了阵元H面的旁瓣电平,再基于6×1子阵列实现了非平面布局的6×4元E面扫描相控阵天线。测试结果表明,在24.25-29.5 GHz频段内,该非平面布局相控阵阻抗匹配性能良好,并且阵元间隔离度大于18 d B,侧射增益大于15.55 d Bi,并且在整个频带内的3 d B增益滚降扫描范围大于±60°。2、毫米波双极化叠层贴片相控阵天线:基于LTCC工艺,设计了一个基于+/-45°极化叠层贴片的毫米波双极化1×4元相控阵天线。首先在单元设计中提出一种接地叠层金属带结构,抑制较高介电常数基板表面存在的电磁波,改善单元交叉极化电平。最后在1×4元相控阵天线设计中,提出在阵元间选择性地加入悬空叠层金属带的方法,改善阵列天线的扫描性能。仿真结果表明,阵列天线在24.25-29.5 GHz频带内阻抗匹配良好,边射增益高于9.14 d Bi。在工作频带内3 d B增益滚降扫描范围仿真结果大于±50°,测试结果大于±40°。3、非平面布局相控阵天线综合算法:针对非平面布局的相控阵天线,提出一种基于混合整数优化的相控阵综合算法。首先对阵列天线扫描方向图的主瓣波束的位置和增益建立最小值优化模型,用旁瓣电平约束控制非主瓣区域波束。根据数字移相器的特点简化模型,将实数编码的混合整数优化遗传算法引入相控阵天线综合中。在基于6个理想单元的圆柱共形阵列天线和非平面布局的1×4基片集成波导喇叭相控阵天线中进行验证,结果表明该方法的有效性,可以应用于一般性的非平面布局的相控阵天线的综合。