近年来,通信技术不断更新换代,从2G时代到5G时代,人们对通信的速度和质量都提出了更高的要求。低频频谱资源的拥挤使得微波通信技术得到快速发展,介质陶瓷材料需要在低介电常数、高品质因数、近零谐振频率温度系数三个方面提升。同时,天线作为收发信号的前端元器件正在向着多频段、圆极化等方向发展。本文系统地研究了钛酸锶掺杂对ZnAl₂O₄-3Zn₂SiO₄和ZnAl₂O₄-3Zn₂SiO₄-2SiO₂两种陶瓷体系的烧结特性、相成分和介电性能的影响,获得了一系列高性能低介电常数微波介质陶瓷,并基于陶瓷基片使用HFSS软件仿真了工作在24 GHz的圆极化微带阵列天线。本文采用传统的固相反应法制备了钛酸锶掺杂ZnAl₂O₄-3Zn₂SiO₄和ZnAl₂O₄-3Zn₂SiO₄-2SiO₂两种陶瓷体系,研究结果表明:SrTiO₃可大幅度降低ZnAl₂O₄-3Zn₂SiO₄陶瓷的烧结温度,ZnAl₂O₄-3Zn₂SiO₄-0.2SrTiO₃陶瓷可在近100℃范围内烧结致密,XRD和SEM（背散射）结果表明:ZnAl₂O₄、Zn₂SiO₄和SrTiO₃三相可以共存,不同的SrTiO₃掺杂量下,陶瓷均可获得近零谐振频率温度系数,且介电常数实现了系列化;SrTiO₃掺杂改性ZnAl₂O₄-3Zn₂SiO₄-2SiO₂陶瓷中,随着SrTiO₃的引入,SrTiO₃先和ZnAl₂O₄、SiO₂反应生成SrAl₂Si₂O₈锶长石、TiO₂和Zn₂SiO₄相,随着SrTiO₃含量的增加,ZnAl₂O₄-3Zn₂SiO₄-2SiO₂-SrTiO₃处ZnAl₂O₄相消失,得到Zn₂TiO₄和SrAl₂Si₂O₈相,TiO₂对陶瓷的谐振频率温度系数起着调节作用,锶长石的出现使材料保持较低的介电常数,同时该体系保持较高的品质因数;经过掺杂改性,获得了较优性能的低介电常数微波介质陶瓷如:ZnAl₂O₄-3Zn₂SiO₄-0.3SrTiO₃,微波介电性能为:ε_r=8.01,Q×f=19,354 GHz,τ_f=6.5ppm/℃和ZnAl₂O₄-3Zn₂SiO₄-2SiO₂-0.6SrTiO₃,微波介电性能为:ε_r=7.16,Q×f=57,837GHz,τ_f=-30 ppm/℃。本文基于Al₂O₃陶瓷和ZnAl₂O₄-3Zn₂SiO₄陶瓷作为天线基片设计了三款应用于24GHz的微带圆极化阵列天线,三款天线均采用功率非均分式馈电网络结构,天线1使用厚度为0.635 mm的Al₂O₃材料作为2×2阵列天线基片,其带宽299 MHz,相对带宽为1.2%,最大增益8.34 dB,主瓣宽度2θ_0.5=63?;天线2使用厚度为0.635 mm的ZnAl₂O₄-3Zn₂SiO₄材料作为2×2阵列天线基片,带宽473 MHz,相对带宽为1.9%,最大增益为7.58 dB,主瓣宽度2θ_0.5=45?;天线3使用厚度为0.254 mm的Al₂O₃材料作为4×4阵列天线基片,带宽259 MHz,相对带宽为1.1%,最大增益13.60 dB,主瓣宽度2θ_0.5=33?。以天线2为对象,研究了基片厚度、介电常数和介电损耗在一定变化范围内对天线性能参数的影响,得出满足天线性能稳定性的条件:基片厚度误差在0.001 mm以内,介电常数温度系数绝对值小于30 ppm/?C,介电损耗小于0.001。