随着信息技术的高速发展，现代无线通信系统对天线宽频带、小型化、高增益、易集成等性能提出了更高的要求。针对此背景，本论文面向复杂环境下超高频（Ultra High Frequency，UHF）射频识别技术(Radio Frequency Identification，RFID)、毫米波通信及无线局域网(Wireless Local Area Networks，WLAN)系统的应用中面临的技术难题，首先提出了基于复杂环境下UHF RFID波束扫描天线阵设计方法。然后基于微机械工艺提出了低损耗的矩形微同轴传输线及宽带、高效的天线阵设计方法。最后提出小型化人工磁材料(ArtificialMagnetic Conductor，AMC)结构的太赫兹天线和宽带频率选择表面(Frequency Selective Surfaces，FSS)结构的5G高增益天线设计方法。论文研究内容包括以下几个方面:　　1.复杂环境下UHF RFID波束扫描天线阵研究　　提出的波束扫描读写器天线阵是解决金属腔环境下UHF RFID系统读取空洞的有效方法。同时设计了三款波束扫描天线阵。第一款为相控波束扫描天线阵，采用butler矩阵作为馈电网络，提供对不同天线单元的相位控制，以达到波束扫描功能。第二款为轮询波束扫描天线阵，采用开关对每个天线单元进行馈电，通过各单元之间的寄生达到波束扫描的效果。第三款对轮询波束扫描天线单元进行倒置放置，通过改变单元之间的寄生特性达到提高天线带宽和增益的效果。本论文对设计的三款波束扫描天线的读取性能进行了测试，三款天线分别在输入功率为18dBm、16dBm和14dBm时，达到100％读取率。　　2.基于微机械工艺的高效60GHz天线阵研究　　首先提出了基于微机械工艺的矩形微同轴传输线结构，该传输线采用SU8支撑同轴线内径，形成镂空结构，降低毫米波传输线的损耗。该传输线在80GHz时损耗小于0.045dB/mm，且能兼容CMOS工艺。然后基于矩形微同轴传输线的多层工艺，设计两款60GHz天线阵。第一款天线采用阶梯耦合馈电，以达到宽带效应。该天线阵工作带宽为8.5GHz(57.8～66.3GHz)。在61GHz中心频率，天线增益为13.2dBi，效率达到90％。第二款天线阵采用E型贴片以获得宽带圆极化。该天线轴比带宽为11.1％(58.6～65.5 GHZ)。在61 GHz中心频率，天线增益为13.3dBi，效率为90％。　　3.基于FSS加载的双极化WLAN天线研究　　提出了宽带FSS结构。通过对圆形贴片的FSS结构进行矩形开槽，形成宽带FSS。该宽带FSS结构在4-6.5GHz频率范围内反射相位为-155°～-173°，比未开槽时更加平滑。然后将宽带FSS结构加载在双极化天线中，提高天线的带宽和增益。加载后的双极化天线工作带宽为1GHz(5-6GHz)，增益为13dBi。相比未加载时，天线带宽提高400MHz，增益提高5.6dBi。　　4.基于小型化AMC加载的高效、宽带太赫兹天线研究　　提出了小型化AMC结构，以提高太赫兹天线的增益和效率。该设计面向的是基于CMOS工艺太赫兹天线设计中带宽窄和效率低等问题。提出了双层偶极子太赫兹天线，以提高天线带宽。该太赫兹天线带宽为51GHz(200～251GHz)。在220GHz频率，天线增益为0.7dBi，方向图向下，效率为20％。然后提出了切半AMC结构，实现AMC小型化。最后将小型化AMC加载于设计的太赫兹天线上，提高天线带宽和增益。该太赫兹天线带宽为66GHz(200-266GHz)。在220GHz频率，天线增益为0dBi，方向图向上，效率为32％。