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随着5G通信系统的高速发展,天线作为无线通信系统的眼睛,其小型化、集成化、高频化、低损耗、低成本的要求越来越迫切,而基于低温共烧陶瓷（LTCC）技术的介质天线是解决上述迫切需求的唯一途径,但超低损耗的低温共烧结微波介质材料、LTCC微带贴片天线理论及设计模型、天线温度稳定性是目前国内外这一领域仍待解决的技术瓶颈问题。本论文主要针对5G中频频谱波段（3.3 GHz-3.6 GHz和4.8 GHz-5.0 GHz）的介质天线技术需求,研究天线基础介质材料的配方和工艺,旨在研发低介电常数、超低损耗且符合低温共烧技术要求的天线介质微波陶瓷材料,并拓展其应用的频段。同时,根据研制的超低损耗LTCC材料对介质天线的性能进行理论设计与仿真,解决天线温度稳定性问题,实现介质天线在5G中频频谱的双频段应用需求。本文首先选取低介电常数、低介电损耗的硅酸盐体系陶瓷Zn2Si O4和CaMgSi2O6作为研究对象。基于Zn2Si O4介质陶瓷良好的介电性能基础,采用缺Zn配方,在1300°C烧结下获得了介电性能优异的纯相Zn2Si O4介质陶瓷:εr=6.451,Q×f=102807 GHz,τf=-32.05 ppm/°C。运用P-V-L复杂化学键理论指导掺杂,进行A/B位离子调控,研究了Zn1.8Si O3.8陶瓷的微波介电性能调控机理。通过Ge4+取代Si4+调控材料的结构和介电性能,使Zn1.8Si0.92Ge0.08O3.8陶瓷在1275°C实现致密化烧结,其平均晶粒尺寸可达9.44μm。此时介电性能为εr=6.659,Q×f=73110 GHz,τf=-34.12 ppm/°C。再掺入Cu O,用Cu2+取代Zn2+,大幅度降低了CuxZn1.8-xSi O3.8陶瓷的烧结温度,使其在1010°C下便可实现致密化烧结,达到了低温共烧陶瓷技术的烧结温度要求（烧结温度低于Cu电极的熔点温度1083.4°C）,Cu0.1Zn1.7Si O3.8获得了良好的介电性能:εr=6.700,Q×f=54128 GHz,τf=-25.22 ppm/°C。其次,针对CaMgSi2O6介质陶瓷在离子取代改性和低温烧结两方面进行了研究。首先研究了(Cu1/2Zn1/2)2+复合离子的含量对CaMg1-x(Cu1/2Zn1/2)xSi2O6陶瓷的影响,x从0到0.025的变化过程中,陶瓷内的第二相Ca2MgSi2O7逐渐减少,在x=0.02时获得纯相的CaMgSi2O6介质陶瓷。在晶粒尺寸上,适量的(Cu1/2Zn1/2)2+离子含量促进了晶粒的生长。当烧结温度为1200°C时,CaMg0.98(Cu1/2Zn1/2)0.02Si2O6陶瓷的晶粒生长均匀,平均晶粒尺寸在1.96μm。(Cu1/2Zn1/2)2+离子的加入也改变了陶瓷的原子堆积比在原子堆积比,并最大处获得最大Q×f值为45107 GHz。离子取代后[MgO6]八面体扭曲度的变化趋势和温度稳定系数变化趋势一致,此时εr=7.997,τf=-42.52 ppm/°C。针对它的低温烧结,采用Li+掺杂,并调控Mn2+取代量制备CaMg0.9-xLi0.2MnxSi2O6介质陶瓷。随着x从0到0.15的变化过程,温度稳定系数先向正方向移动后再向负方向移动。在Li+和Mn2+的共同调节下,CaMg0.84Li0.2Mn0.06Si2O6介质陶瓷实现了无玻璃相加入的低温烧结,致密化烧结温度为925°C,相对密度达到95.47%。拉曼振动峰666 cm-1的半高宽（FWHM）最小,原子占有率最大,材料内部损耗最小。此时介质陶瓷的介电性能为:εr=7.799,Q×f=36207 GHz,τf=-35.58 ppm/°C。与此同时,还对CaMg0.9-xLi0.2MnxSi2O6介质陶瓷在太赫兹频段（0.4-1.2 THz）进行介电性能测试,其介电常数在5.4-6.32之间,介电损耗在0.05-0.125范围内。第三,针对LTCC介质微带天线温度稳定性调节,采用多相复合介质陶瓷的方法进行中和,制备介电常数合适、低损耗,满足LTCC技术要求的介质天线材料。首先,研究了作为复合相之一的超低损耗的MgO介质陶瓷。通过添加烧结助剂Li F,实现了MgO-xwt%Li F微波介质陶瓷的低温烧结。随着x从2到10的变化,陶瓷晶粒逐渐长大,但当x＞6时,晶粒开始出现异常长大。在添加4 wt%Li F时晶粒排布均匀致密,根据P-V-L化学键理论计算此时晶格能最大,本征损耗最小。在950°C烧结时,MgO-4wt%Li F介质陶瓷的介电性能为εr=9.664,Q×f=120288 GHz,τf=-20.66 ppm/°C。在太赫兹波段测试中,其损耗因子在0.0056-0.00866之间,为下一代更高频通信介质材料的应用带来了可能。其次,采用本文研制的超低损耗MgO-4wt%Li F、CaMg0.84Li0.2Mn0.06Si2O6和具有极大正温度稳定系数的Ca Ti O3,制备[80wt%MgO（-4wt%Li F）-20wt%CaMg0.84Li0.2Mn0.06Si2O6]+xwt%Ca Ti O3三相复合介质陶瓷。在XRD测试中仅检测到三相成分,通过SEM图可以看到多相晶粒,当添加2 wt%-5 wt%Ca Ti O3时晶粒形貌紧密排列。经过多相混合法则计算的理论介电性能和实测介电性能变化趋势一致,在950°C烧结下取得优异的介电性能:εr=9.923,Q×f=45230 GHz,τf=-2.50 ppm/°C。最后,基于[80wt%MgO（-4wt%Li F）-20wt%CaMg0.84Li0.2Mn0.06Si2O6]+4wt%Ca Ti O3复合介质陶瓷的介电性能,通过CST软件设计并仿真了一款应用于5G中频频谱波段的U型槽微带贴片天线,其工作带宽为:3.3 GHz-3.45 GHz和4.86GHz-4.93 GHz。工作频率3.4 GHz下,其回波损耗S11=-14.72 d B,驻波比VSWR=1.45,增益G=9.12 d Bi,辐射效率η=98.37%;工作频率4.9 GHz下时,其回波损耗S11=-24.84 d B,驻波比VSWR=1.12,增益G=7.712 d Bi,辐射效率η=90.66%。验证了材料在5G介质天线要求下的应用性。