5G通信布局下,各通信系统均采用Sub 6GHz频段,造成低频段频谱拥挤,5G移动通信频段向高频化跃进。毫米波以其丰富的频谱资源成为了研究的热点,中、美、欧关于5G毫米波的部署均已提上日程。而基片集成波导(SIW)因其低损耗、体积小、易于集成等优点常被用于高频的传输。本文针对毫米波通信传输损耗大、易受水氧吸收的缺点以及提高增益后信号覆盖范围变小的问题,分别对基于SIW的高增益及满足“全球通”需求的宽带毫米波天线和实现空间扫描的多波束天线展开了研究。本文开展的主要研究内容如下:首先,为了应对毫米波通信传输损耗大的缺陷,本文设计了一款SIW缝隙耦合微带贴片天线。该天线首先利用将微带贴片与用于耦合馈电的SIW缝隙正交放置的辐射方式,将峰值增益提高至7.9d Bi,在该结构的基础上,本文应用耦合贴片与金属短路柱的复合加载方式对微带贴片的不同部位进行激励,增加了新的谐振模式,将带宽拓展了11.77%,峰值增益提高了0.6d B。仿真表明,该天线的峰值增益达8.50d Bi,相对带宽达23.17%,能够同时覆盖中国24.75GHz～27.5GHz,美国27.5GHz～28.35GHz,欧洲24.25GHz～27.5GHz的5G毫米波频段要求,满足“全球通”应用的宽带性能及高增益的需求。然后,为了解决单个SIW缝隙耦合微带贴片天线的增益难以满足终端应用中更高增益的需求这一问题,本文设计了一种四路功率分配网络对天线单元进行组阵。通过将两组一分二的功率分配器网络进行级联,四路SIW功率分配器的设计得以实现,且功率分配网络所有端口等幅同相输出,再结合天线完成了高增益天线阵列的设计。仿真表明,该天线的峰值增益达到13.21d Bi,峰值增益较单个天线提高了4.71d B,但半功率波束宽度仅为±10°,波束宽度受到了压缩。最后,为了解决增益提高伴随的信号覆盖范围变小的问题,本文先后设计了采用单口径交叉耦合器和双口径交叉耦合器的双层4?4 Butler矩阵波束形成网络来实现波束扫描。波束形成网络利用缝隙耦合的方式实现双层之间的能量传输,使尺寸缩减了50%,适用于更多对体积有限制的应用场景。对比分析后,本文选择各端口相位输出误差更小(±10°)的采用双口径交叉耦合器的双层Butler矩阵馈电网络,完成了多波束天线的设计。仿真表明,该天线的峰值增益的波动范围为9.26d Bi～11.23d Bi,扫描角度覆盖89.75°,在实现高增益性能的同时,增大了信号覆盖的范围,实现了空间扫描。