随着第五代无线通信和高精度定位系统的快速发展,微波毫米波波通信对于各个系统之间的高速率传输提出了更加严格的要求。一方面较低频段的频谱资源已经趋近于饱和拥挤,各种频谱之间的相互干扰问题已经越来越严重,另一方面毫米波频谱具有较宽的带宽、安全保密性好、传输质量高等优点,因此十分有必要将天线工作频率扩展到微波毫米波频段。基片集成波导具有低辐射损耗、高增益、高品质因数、易于加工、易于集成等特点,已经成为毫米波段应用设计的主要技术手段之一。本论文研究了基于四脊脊波导的圆极化基片集成波导阵列天线、基片集成波导高次模式双频阵列天线、基片集成波导高次模式双极化天线。本文的主要创新点与贡献如下:1.加载四脊脊波导极化器的基片集成波导圆极化天线。该天线首次提出了一种加载四脊脊波导极化器的高增益4×4基片集成波导Ka波段的圆极化天线阵列。据作者所知,首次提出了四脊脊波导做为极化转换器实现圆极化辐射,该极化器采用了两种正交电场模式,可将线极化辐射转换为圆极化辐射,相比于其他的圆形或者方形波导极化器,四脊脊波导的电尺寸结构最小;不仅如此,通过与其他圆极化天线相比,分别计算天线不包含边缘效应和包含边缘效应的口径效率,比较得出该天线的辐射的增益和效率有明显的提高。2.基于基片集成波导K波段双频背腔天线研究。该天线首次在基片集成波导谐振腔中采用高阶简并模式TM130模式、TM310模式、TM230模式、TM320模式,并且在谐振腔中将两种简并模式合成为新的高阶混合模式,得出了TM_c~1(130,310)模式、TM_c~2(130,310)模式、TM_c~1(230,320)模式和TM_c~2(230,320)模式,然后把这些高阶混合模式应用到了背腔天线的辐射模式中,使得天线不仅能够产生双频辐射效果,而且还可以使得有效辐射口径增加。本章节首次采用了高次混合兼并模式用于基片集成波导谐振背腔天线,使得背腔天线不仅仅依赖于低阶谐振模式例如TE110模、TE120模等等,有效的拓展了基片集成波导谐振腔高次模的分析,使得模式理论更加完善。3.基于基片集成波导X波段双极化背腔天线研究。该天线采用了两个高阶模式TM430和TM340模式,并且首次实现了在基片集成波导谐振腔中产生双极化辐射。该工作具有以下优点:首先,在高阶模式下克服了多极化产生的设计挑战。其次,该天线提出了一种有效的分析高阶模式的方法,特别是对于TM430和TM340模式,可以用于高阶模式生成的设计指南。第三,通过公式化模型可以很好地理解双高阶模式(TM430和TM340模式)与双极化之间的关系,可以将其推广到其他频带。第四,首次提出了一种新型的馈电网络结构,不仅仅可以得到良好的匹配效果,还可以在功分器的各个输出端口产生相位差,以实现圆极化辐射效果。