近年来微电子技术和微电子工艺都经历了飞速发展，固态毫米波器件日益成熟，微波单片集成电路(MMIC)逐渐向频率高端发展，并已经进入毫米波应用阶段，这些都为毫米波集成系统的发展奠定了良好的基础。随着毫米波系统的不断改进，系统对天线的要求也不断提高，这极大程度的促进了毫米波天线技术的发展，不断有新结构、高性能的天线问世，并且相当一部分已经成功应用到了毫米波系统中。结合国际上毫米波雷达的发展及应用情况，本文首先介绍了论文的研究背景和研制基于MMIC芯片技术的小型毫米波雷达前端的重要性及前沿性。详细梳理了毫米波微带阵列天线近十年来的国内外研究状况及发展方向。在详细介绍了微带天线的基本理论、经典分析方法、天线单元的馈电方法、微带阵列天线的形式、特性及馈电网络之后，本文从毫米波天线单元入手，研究了矩形微带天线的设计方法及其特性，给出了适用于毫米波微带天线的理论计算公式。在理论计算的基础上，论文利用仿真软件研究了不同馈电方式时，天线单元尺寸及馈点位置对天线输入阻抗及回波损耗的影响，并得出最佳参数值，其结果与理论计算值相符。在对天线单元进行了讨论的基础上，根据毫米波雷达前端的具体要求，论文设计了八款毫米波微带阵列天线。其中两款4元双天线是为双天线体制毫米波雷达前端而设计，测试结果表明双天线具有较高的隔离度，它们已成功应用到小型毫米波双天线雷达前端系统。论文还另为单天线雷达前端设计了六款微带阵列天线，包括三款基于子阵结构的64元辐射边馈电天线、64元非辐射边馈电天线、256元非辐射边天线，和三款串并混合馈电结构的16元天线、144元天线及144元带宽改进型天线。串并混合馈电天线是在并联的馈电分支上通过逐次功分，给沿线的多个贴片馈电，这种馈电方式使方形阵(即n×n型阵)的阵元数目更灵活。为了改善窄带特性，在144元串并混合馈电天线的基础上，本文提出了一种基于多点谐振展宽带宽的方法。通过分别设计并联分支上各个贴片单元的尺寸及相应的四分之一波长阻抗变换器的长度，获得多个临近的谐振点，从而达到展宽带宽的目的。该方法在保持天线方向图基本不变的情况下，展宽带宽近四倍。作为毫米波阵列天线的应用背景，论文对基于MMIC技术的毫米波雷达前端做了详细介绍。雷达前端的电路部分利用多芯片互联(MCM)技术对MMIC裸片和微带元件进行混合集成，整个电路制作在与天线大小相同的衬底上，采用背对背方式通过同轴探针或小孔耦合与天线连接。文中主要介绍两款36.5GHz小型雷达前端，它们分别采用单天线体制和双天线体制，整个前端集成在25mm和30mm直径的圆柱形金属盒内。论文给出了详细的系统集成方案、主要技术指标、系统指标分配及系统集成工艺。最后给出了应用微带阵列双天线的毫米波雷达前端的测试结果。测试结果表明雷达前端具有很好的探测性能。论文的最后对微带天线的制作工艺及测试方法进行了讨论，给出详细的工艺制作流程和具体的S参数测试步骤及方向图的测试方法。随着无线通信频率向高端倾斜，毫米波天线将得到更广泛的应用，论文的结尾对微带天线在毫米波无线通信领域的发展前景作了展望。