毫米波频段所含有的丰富频谱资源,使得超高速率的无线通信成为可能。作为无线通信系统中不可或缺的一部分,天线及天线阵列的设计已经成为制约整个无线通信系统发展的重要因素。本文围绕不同场景下毫米波天线阵列的设计展开研究,具体研究内容如下:1、提出了一种通过使用阶梯型结构进行带宽展宽的宽带圆极化天线单元。并通过设计具有宽带馈电特性的1分64渐变型微带功分网络,完成了天线阵列的设计。与现有设计相比,所提出的阶梯型天线阵列剖面低,结构紧凑。实测结果显示,8×8阵列达到了 2倍频的阻抗带宽,同时还具有高增益,圆极化等优点,在5G毫米波通信系统中具有广泛的应用前景。2、设计了一种通过控制相位来实现具有波束倾斜特性的天线结构,并提出了通过使用该斜射天线进行多波束天线系统设计的思路。实测结果表明,所设计的多波束天线阵列不仅有效拓展了现有毫米波天线阵列的覆盖范围,而且克服了现有多波束毫米波天线阵列的低辐射效率和窄带宽问题。具有18个端口的多波束阵列的阻抗带宽为15.2%,增益达21.7 dBi,辐射效率高达74.2%,为无人机移动基站天线设计提供了一种紧凑,高灵活性,高能效的解决方案。3、提出了一种采用金属波导馈电与介质辐射阵面相结合的单脉冲天线设计方法。所设计的单脉冲天线包括和差网络、双层功分网络及介质辐射阵面三大组成部分,结构紧凑。馈电部分采用金属波导设计以减小介质损耗。辐射面阵通过在介质基板上蚀刻辐射缝隙,然后嵌入功分网络层而完成以实现PCB高精度加工。和波束的实测增益超过38dB,通过泰勒方向图综合算法实现的副瓣电平低于-20dB,差波束零深低于-16dB,能够为单脉冲天线的目标跟踪应用提供良好的分辨率。