随着电子信息技术的发展,毫米波频段具有绝对带宽大、可利用频带多、以及同物理口径尺寸下增益高的优点,在宽带通信、高分辨率探测、雷达成像等领域具有显著的优势。提高信号的发射和接收效率,提高信号隔离度,以及提高系统抗干扰能力,都是通信传输系统的关键问题。但随着频率的升高,介质损耗,大气吸收损耗等影响了电磁波的传输效率。通过组阵的方式能够在一定程度上弥补空间损耗,但是也造成了更大的介质损耗以及表面波。同时,毫米波频段对于加工精度的要求也更高。为了实现高增益、高集成度、高可靠性的毫米波宽带天线阵列,本文以低损耗的间隙波导（Gap Waveguide,GWG）传输线为基础,结合高性能的电磁偶极子（Magneto Electric Dipole,ME）天线,基于不同加工工艺,研究并设计了多种天线阵列。一方面将GWG作为馈电网络的重要组成部分,研究毫米波低损耗馈电网络,实现宽带高增益的ME天线阵列设计;另一方面研究基于GWG的高性能毫米波天线形式,减少过渡转换损耗,实现宽带高集成度天线阵列设计。将GWG技术与多种加工工艺结合,设计出集成度较高的毫米波天线阵列,体现出毫米波GWG天线阵列的性能优势。本文主要工作如下:1.毫米波GWG-SL（Strip Line,带状线）混合馈电双极化ME天线阵列设计:充分利用低温共烧陶瓷（Low Temperature Co-fired Ceramic,LTCC）多层加工工艺的优势,实现不同介质层中馈电网络的分布,并与宽带ME天线单元结合,设计毫米波双极化阵列天线。首先,结合特征模分析方法,对ME天线的原理进行了分析,明确了ME单元在毫米波频段的优异性能。结合LTCC的多层设计优势,将位于不同介质层的带状线（Strip Line,SL）与缝隙耦合馈电相结合,实现了双极化ME天线的宽带、高增益、高隔离度设计。其次,采用SL串并联混合馈电与GWG低损耗主传输网络相结合的方式,设计了基于LTCC介质的低损耗GWG-SL混合馈电网络。最终,将天线单元与馈电层层级联,并封装在LTCC介质材料中,设计出了具有高集成度的宽带毫米波8×8双极化ME天线阵列。加工、实测结果表明,本章设计的双极化高集成ME天线阵列在毫米波频段具有宽带、高集成度的性能。2.毫米波GWG高次模馈电宽带圆极化ME天线阵列研究:基于传统机械加工和多层板加工工艺,设计了全金属脊型GWG和槽型GWG高次模混合馈电网络,并结合圆极化ME天线单元,实现了W波段宽带圆极化天线阵列。首先,在脊型与槽型GWG转换的基础上,通过加载周期性金属销钉（PIN）,设计了1×2槽型GWG谐振腔。结合谐振腔中的场分布,在合适的位置给圆极化ME天线进行宽带低损耗缝隙耦合馈电。结合脊型GWG功分器,设计出宽带宽、高增益的1×8圆极化线阵。其次,将终端短路的1×2槽型GWG腔进行拓展,获得在保证馈电效率下的最高次模腔。同时,将ME天线进行结构和性能的改进,结合紧凑的GWG棋盘式缝隙耦合馈电,设计出4×8平面天线阵列。最终加工、实测结果验证了在毫米波频段,GWG高次模谐振腔馈电的低损耗和宽带特性,以及圆极化ME平面天线阵列的低成本、宽带、高增益的性能优势。3.毫米波GWG宽带二维相频扫漏波天线阵列设计:探索了在毫米波频段,基于3D打印工艺的GWG天线设计方法,结合GWG频扫漏波天线以及基于GWG的Butler矩阵,设计了毫米波二维相频扫天线阵列。首先,研究了GWG漏波天线的传输系数与金属PIN之间的关系,通过控制金属PIN的结构参数,实现了低副瓣频扫漏波天线。其次,设计了基于层间耦合的GWG耦合器、交叉结等器件,实现了基于堆叠式GWG的毫米波Butler矩阵。最后,将Butler矩阵与漏波天线级联,并在GWG结构周围设计一些支撑柱,设计了基于4层GWG的一体化宽带天线阵列。对天线频扫和相扫的功能进行了加工测试,验证了3D打印加工工艺在毫米波频段天线阵列中的应用前景,以及GWG结构与该工艺技术之间的结合。4.毫米波GWG新型高性能天线单元研究及阵列设计:在GWG传输线的基础上,探索了两种新型的毫米波宽带高增益天线单元。其一,以倒置微带型GWG传输线为基础,在传输终端设计谐振腔,从而使能量从谐振腔对应的口径中辐射出去。其中,电磁波在谐振腔中产生高次模,对天线辐射性能的影响较大。其二,以全金属双边GWG传输线为基础,在传输终端采用开路的形式,从而使能量辐射出去。此外,结合高性能ME天线单元的原理,延伸出金属脊,以及加载金属PIN结构,实现了毫米波宽带高增益端射天线单元的设计。在以上两个天线单元的基础上,设计了1×4的线阵,并且进行了加工实测,验证了基于GWG技术的毫米波天线的宽带、高增益性能优势。