无线通信系统通常由天线、集成电路芯片以及其它电子元件组成，为了使系统更加小型化和轻量化，天线作为其必不可少的部件，不仅需要体积小、辐射效率高，而且需要实现天线与射频系统的集成封装设计。采用低温共烧陶瓷LTCC技术和三维多芯片组间3D-MCM技术，易于实现天线和大量集成电路IC裸芯片的集成，实现射频系统的小型化、轻量化、多功能化、高可靠性及低成本。本文研究了集成天线的3D-MCM射频系统的设计与优化问题。首先介绍了天线基本理论以及实现LTCC天线小型化的方法，然后设计出了两款小型化LTCC天线，即U形缝隙天线和蛇形天线。本文采用三维电磁场仿真软件HFSS对LTCC天线和天线集成封装结构进行建模和仿真分析。仿真结果表明这两款天线的中心频率均为2.4GHz，阻抗带宽>200MHz，方向特性较好，辐射效率较高。其次针对这两款天线设计出了天线集成封装的结构，该结构自上而下包括LTCC天线、内部接地金属层、封装体和外部接地板，封装层用于进行天线馈电和采用3D-MCM技术来集成IC裸芯片，HFSS仿真结果证明了天线集成封装后可满足蓝牙和IEEE802.15.4的应用。接着进行了封装参数的研究，表明了各个物理参数对集成天线的3D-MCM射频系统存在一定的影响，介绍了基于LTCC腔体技术的3D-MCM设计和工艺。最后完成了集成天线的3D-MCM射频系统制作与测试，结果表明实测值与仿真结果基本一致。