近年来电子信息技术正向高速率、大容量、智能化方面迅猛发展,特别是5G通信需求的机站和手机相关新产品的研发,加速了微波器件向大规模集成化、高速化、超低损耗、多功能化方向发展的步伐,天线作为5G机站和手机的最主要器件,在其中就扮演了十分重要的角色。优质的天线材料（基板介瓷）的研制与选择促进了人们对微波介电材料超低损耗的需求,进一步推动了低温共烧陶瓷技术（LTCC）的发展。本论文将在Zn₂SiO₄介电陶瓷的基础上,研制一种新型微波材料,使材料符合LTCC工艺和5G器件的技术要求。本文首先进行了(Zn_1-xMg_x)₂SiO₄介电陶瓷的研制,经测试得出Mg²⁺离子替代量x为0.4,烧结温度为1250℃时材料具有最优微观生长样貌和介电性能,其中?_r=6.097,Q×f值为129991 GHz。其次,研究掺杂Co²⁺离子对复合微波介电陶瓷的性能影响,经测试发现当Co²⁺替代量取0.05,烧结温度为1250℃时,复合材料介电性能得到进一步优化,?_r=6.125,Q×f值为131056 GHz。再者,加入和原陶瓷具有相反符号温度系数的CaTiO₃进行了复合微波介电陶瓷温度系数的调节研究,经测试得出当CaTiO₃加入的摩尔比为0.12时,复合微波介电陶瓷温度系数最接近0 ppm/℃。最后,直接加入质量分数2.5wt%的LiF和V₂O₅复合助烧剂来降低上述介电陶瓷的烧结温度,使得复合介电陶瓷在950℃完成低温共烧结,并具有优良的微波介电性能:?_r=7.236,Q×f值为29845 GHz,温度系数τ_f=1.13 ppm/℃。为了便于比较不同类硅酸盐之间的介电性能差异,本文额外增加比较实验,进行介电陶瓷+玻璃助烧剂(Li₂Zn_1-xMg_xSiO₄+2.5 wt%BBSZ)的研制,经测试得Mg²⁺离子替代量x取值为0.1且未添加CaTiO₃调节温度系数时,Q×f值仅为10354 GHz,与[(Zn_0.6Mg_0.4)_0.95Co_0.05]₂SiO₄相比较,本论文选择后者作为天线阵列材料。以上面研制的0.88[(Zn_0.6Mg_0.4)_0.95Co_0.05]₂SiO₄+0.12CaTiO₃+2.5wt%（LiF+V₂O₅）作为低介、低损耗材料,优化设计了一款中心频率为10 GHz的圆极化2×2微带阵列天线,研究了矩形贴片切角、馈电点位置、介电材料参数变化对天线性能的影响,最终通过使用双层可调介电常数的介质层材料来扩展带宽,通过增设下层贴片、底部馈电等方式进行天线单元改进,经仿真测试后的结果各项参数均优于设计指标。最后对设计仿真的天线进行2×2天线单元的组阵制备,经调试后除中心频率向右偏移,回波损耗偏大外其余参数基本符合天线设计的指标要求,即中心频率为10 GHz±0.2 GHz,带内增益达到10 dBm—15 dBm。