近年来,无线移动通信需求的快速增长促进了第五代移动通信技术（5G）的发展。第五代无线网络的容量将比4G增长1000倍甚至更多,而毫米波频段的使用是使5G能够实现这种容量提升的关键推动力,因为毫米波频段可以提供超过1 GHz的连续频谱,并且能够提供每秒数千兆位（Gbps）的数据传输速率。另一方面,广泛使用的常规微波频段面临着频谱拥挤和耗尽的严重问题,毫米波频段具有丰富的可用频谱资源,这可以有效地解决由于微波频带中的带宽窄所导致的系统信道容量受限问题。由于毫米波频段的优势,通信系统中需要设计高性能的毫米波器件;又由于毫米波频段存在着雨衰大、传输距离短的劣势,需要研究微波、毫米波双频通信系统及相关器件来弥补毫米波通信的不足。针对上述分析,本文主要研究内容如下:1.在矩形波导和毫米波器件连接时,不紧密连接造成的微小空气间隙对性能的影响是很大的,同理毫米波器件的相互连接中也有同样的问题。在实际毫米波器件的连接中,若要保证紧密连接,加工的难度大且价格高。因此提出了一种E面上的电磁带隙（Electromagnetic band gap,EBG）结构,并基于这种结构设计了间隙波导（Gap waveguide,GW）和矩形波导的转换结构。仿真结果显示相比于直接连接的方式,其对实际加工中可能出现的空气间隙有更好的容忍度。加工的转换结构显示了良好的性能,测试结果表明在76.4-109.1 GHz的频率范围内（带宽35.3%）回波损耗大于13dB,插入损耗低于0.6dB,证实了此结构的可行性,并可应用于毫米波器件的连接。2.圆极化天线因其具备抗极化失配和多径干扰的优点而被广泛地应用于长距离通信应用,例如雷达系统,电离层研究和卫星通信等。高性能的圆极化喇叭天线通常是由传输线、极化器和喇叭组成。而极化器部分在毫米波频段尺寸较小,通常需要拆分加工;天线的各个组件的连接也有可能造成不必要的能量损失。因此基于研究内容1的设计提出了一种基于E面上EBG的毫米波宽带圆极化喇叭天线。天线整体由馈电波导、矩形波导-方波导转换器、极化器、方-圆波导转换器、光壁喇叭组成,并于连接处加入了 E面上的EBG。其中极化器拆分为两部分加工,拆分表面加入了 H面上的EBG。加工测试结果表明,该天线在75-110GHz的频率范围内（带宽37.8%）实现了回波损耗大于20dB,轴比小于2.5dB,平均增益19.18dBic,归一化副瓣电平低于-25dB。3.为了进一步融合微波的长距离、稳定传输的优势和毫米波宽带、高速的优势,提出了一种新型双频传输线:带隙波导（Band gap waveguide,BGW）。其结构是由内部的槽间隙波导（Groove gap waveguide,GGW）和外部的矩形波导构成的,利用EBG单元的阻带将电磁波限制在中间的空心通道区域传输高频信号;利用EBG单元的通带使得电磁波可以在整个矩形波导中传输低频信号。加入转化结构后加工了背靠背（back-to-back）结构,测试结果显示传输线工作在低频6.8-8.05 GHz,高频71-86GHz,阻抗匹配良好且插入损耗低。在此传输线的基础上进一步仿真设计了一款双频喇叭天线,低频微波平均增益为5.7dBi,高频毫米波平均增益为18.4dBi。