多波束天线在雷达、卫星通信、导弹制导、移动通信、空间探测、全息成像等领域获得了广泛的应用，但至今为止尚没有一种完全合适的技术能满足其对结构和性能的双重要求，这一矛盾在毫米波频段显得尤为突出。普通平面电路制成的多波束天线能满足当前集成电路的发展趋势，但存在高传输损耗、高辐射损耗等诸多问题，很难在毫米波段保证工作性能；金属波导制成的多波束天线固然拥有优异的性能，但其立体笨重的结构越来越不适应电路集成化的发展趋势。本文试图找到一种合适的技术来实现共基片多波束阵列天线以解决这一矛盾。基片集成波导（Substrate Integrated Waveguide，SIW）既拥有类似金属波导结构的优异性能，又拥有平面电路的诸多优点，是实现波束成型网络和共基片集成多波束阵列天线的最佳选择之一。论文的主要工作如下：　　 第一章首先简要回顾了基片集成波导的结构及其设计公式。然后，利用灵敏度分析法对基片集成波导的容差问题进行了深入分析，讨论了基片集成波导各参数对电路性能的影响。其次，分别利用热传导理论和导波场理论首次对基片集成波导的平均功率容量(Average Power Handling Capacity,APHC)和峰值功率容量（Peak Power Handling Capacity,PPHC）进行了研究，并分析了基片集成波导弯角和滤波器的功率容量问题。本章部分内容已在IEEE Trans.Adv.Packag.和Asla-Pacific Microw.Conf.上发表。　　 第二章对基片集成波导移相器进行了深入的研究。移相器是波束成型网络中的关键元件，本文试图用基片集成波导技术来设计平面波束成型网络，因而需要高性能的基片集成波导移相器。在这一章里，我们研究了几种基片集成波导移相器，详细分析了它们的相移原理，在此基础上设计了两种全新的移相器结构——等长不等宽移相器和自补偿移相器。从实验结果可看到，这两种全新的移相器具有远优于其它移相器的性能。尤其是自补偿移相器，测试结果表明几乎在整个Ka频段内都具有很好的相移平坦度，并且保持了较好幅度均衡度和较小的插入损耗。而等长不等宽移相器的结构和设计过程更为简便，其在两个等长度的通道间能产生所需的相移并保持10％左右的相对带宽，可以满足大部分非宽带器件的需求。本章部分内容已在或将在IEEE Trans.Microw.Theory Tech、IET Microw.Antennas Propag.和lEEE MTT-S Int.Microw.Symp.上发表，已获一项实用新型专利授权并已提交一项发明专利申请。　　 第三章研究了基片集成波导在单脉冲天线中的应用。在现代雷达系统中，单脉冲跟踪技术是最准确的电子定向技术之一。单脉冲天线也是一种多波束阵列天线，其拥有两个信息通道（即：“和”通道和“差”通道），相应的需要一个和差比较网络（可视作波束成型网络）来实现“和”波束和“差”波束。基于金属波导设计的和差比较网络性能极佳，但其成本、体积、加工难度均存在一定的问题。基于微带等平面电路设计的和差比较网络在结构上能充分满足当前微波集成电路设计的需求，但在功率传输过程中会引起较大的损耗和不必要的辐射。在本章里，我们基于基片集成波导结构设计了几种单脉冲天线，实验结果表明其性能优异、无不必要的辐射。它们分别是：正反线性渐变槽单脉冲天线阵、双V线性渐变槽单脉冲天线、多模基片集成波导单脉冲馈源和94GHz基片集成波导单脉冲天线阵。本章部分内容已在IEEE Trans.Antennas Propag.、IET Microw.Antennas Propag.和Electron.Lett.上发表，已获一项实用新型专利授权并提交了两项发明专利和一项实用新型专利申请。　　 第四章研究了基片集成波导波束成型网络及其一维共基片多波束阵列天线。本章共设计了五种基片集成波导波束成型网络。主要内容有：基片集成波导罗特曼透镜，解决了罗特曼透镜在高频时平面化集成化的问题：发明了一种设计简便、性能优良的改进型双圆透镜，解决了罗特曼透镜设计复杂的问题，便于工程设计；利用抛物反射面的偏焦原理，实现了宽带平面抛物反射透镜，解决了波束成型网络集成化后带宽较窄的问题：接下来针对另一种常见的波束成型网络——巴特勒矩阵进行了两种改进，一种是利用八端口结实现无交叉结构的巴特勒矩阵，另一种是多模波束成型网络，其尺寸仅为同阶巴特勒矩阵的一半。五种波束成型网络均可与基片集成波导缝隙天线阵直接集成，形成共基片多波束天线。基片集成波导近似全封闭的结构避免了制作在同一块基片上的馈电网络对辐射方向图造成影响，同时提高电路可靠性、降低制作成本，其低剖面的结构也可与弯曲的表面共形。实验结果验证了以上设计的正确性。本章部分内容已在或将在中国科学F辑：信息科学、IEEE Trans.Antennas Propag.、IEEE Microw.Wireless Compon.Lett.、IETMicrow.Antennas Propag.和IEEE MTT-S Int.Microw.Symp.上发表，已获四项实用新型专利授权并提交了五项发明专利和一项实用新型专利申请。　　 第五章研究了基片集成波导二维多波束阵列天线。与一维波束扫描相比，二维多波束天线实现起来非常困难。目前可采用的方法和结构都很复杂，而且无法有效地与天线阵集成，在其内部还需要多个同轴接头和同轴电缆以实现各子单元之间的连接，一旦应用于毫米波频段，其成本将非常高。在本章里，我们设计了三种结构简单的基片集成波导二维多波束阵列天线，它们分别是：将罗特曼透镜馈电的一维多波束天线组阵；八端口结直接对2×2的天线阵进行馈电；结合漏波天线的频率扫描性能和抛物反射透镜的相位扫描性能，实现一维相扫、一维频扫的二维多波束天线。为了实现频率扫描，我们设计了两种低副瓣基片集成波导长槽漏波天线。实验结果验证了以上设计的正确性。本章部分内容已在IEEE Trans.Antennas Propag.和IEEE Microw.Wireless Compon.Lett.上发表，并已提交一项发明专利和一项实用新型专利申请。　　 第六章研究了基片集成波导多极化多波束天线。在现代无线移动通信系统中，分集技术被用于改善信噪比、增加系统容量和降低发射功率。分集技术主要有空间分集、极化分集、角度分集、频率分集等。本章我们将多极化天线技术和多波束天线技术相结合，设计了一种同时具有角度分集和极化分集功能的天线，即四极化频率扫描天线。同时，我们基于半模基片集成波导技术设计了一种双回路定向滤波器，由其可实现高性能的多工器。本章部分内容已在IEEE Microw.Wireless Compon.Lett和IEEE Radio WirelessSymposium上发表，并已提交两项发明专利和两项实用新型专利申请。　　 以上工作共计在中国科学F辑、IEEE Trans.Microw.Theory Tech.、IEEE Trans.Antennas Propag.、IEEETrans.Adv.Packag.、IEEE Microw.Wireless Compon.Lett.、IET Microw.Antennas Propag.、Electron.Lett.等国际核心刊物上以第一作者发表（或录用）学术论文11篇，国际系列会议上发表（或录用）学术论文6篇，SCI已收录9篇次，EI已收录12篇次：获授权实用新型专利6项，申请发明专利11项。