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为了满足通信容量的增长以及通信系统小型化设计需求,宽带多极化平面化天线引起了广泛的关注,宽带多极化天线具有相对带宽更宽,增益高,极化可复用等特点,在卫星通信,射电天文和电子侦察等领域具有重要的应用及研究意义。本文介绍了正交模式转换器和介质棒天线设计所涉及的一些基础理论,包括矩形波导传输模式,截止频率,单模工作带宽及波导中传输TE10波时管壁电流分布;加脊波导等效电路,工作模式和特性阻抗;正交模式转换器的工作原理,工作模式及实现隔离与匹配的方法;基片集成波导原理和设计方法等。在此基础上研究设计了两种K/Ka波段宽带多极化平面化介质棒天线,所设计的基于K/Ka波段宽带OMT的多极化介质棒天线通过引入脊波导提高天线的工作带宽,抑制了天线方向图在高频处发生波瓣分裂的现象。带有对称型结构的boifot结的OMT有效提高了天线的工作带宽。矩形介质块和燕尾实现了空气填充方脊波导与自由空间的良好的阻抗匹配,两端圆锥体介质棒提高了天线的增益。天线的双极化工作频带为21-34 GHz,增益达到了10.2-15.9 d Bi。天线在29.9-30.2 GHz的频率范围内实现了圆极化工作。所设计的基于K/Ka波段宽带SIW OMT的多极化介质棒天线通过阶梯阻抗变换器实现了矩形口面SIW到方型口面SIW的匹配和过渡以提高垂直极化的工作带宽。设计了两种同轴-加脊SIW转换器给OMT的两个极化端口馈电,两段四棱锥介质棒加载在SIW OMT前端以引导辐射以提高天线增益。天线在20.9-22.7 GHz和30.1-33.7 GHz频带内实现双极化工作,增益为10.1-16.1 d Bi。天线在21.7-21.9 GHz和31.4-31.6 GHz的频率范围内实现圆极化工作,增益为10.4-15.9 d Bi,轴比小于3 d B。两种K/Ka波段宽带多极化介质棒天线都实现了平面化设计,方向图的旋转对称性很好,适用于卫星通信系统。本文提出了分析OMT实现双极化的原理的四端口网络S参数提取对比方法,分析天线实现圆极化工作的原理的圆极化轴比与电场相位差的关系方法,分析天线实现定向辐射工作原理的等效面元行波阵列模型方法。所提出分析方法很好的解释了本文所提出的多极化天线的工作原理,可以用于指导双极化天线,圆极化天线和定向辐射天线的设计。