微波毫米波电路与系统的集成化研究对于高速无线通信、卫星遥感、医疗检测以及射电天文等领域的发展有着重要意义。高性能无源器件与微波毫米波单片集成电路相结合的高密度封装级集成是现阶段系统集成化研究的主流方向。因此设计实现易于集成的高性能无源器件和高性能的微波毫米波单片集成电路就成为了微波毫米波系统集成技术的研究重点。本论文分别对易集成的高性能天线阵列、高性能的频率选择表面和回溯天线阵列以及高性能微波毫米波单片集成电路等方面开展了比较深入的研究。论文的主要工作如下：第一章研究了双端馈电的45°极化SIW缝隙阵列天线。首先提出了一种差分双端馈电45°极化SIW缝隙阵列天线,通过双端馈电为天线阵列提供了匹配负载,因此能够在保证稳定法向辐射的同时改善带宽性能,而馈电网络中集成的金属化通孔滤波结构也有效地减小了天线阵列工作频段外的差波束辐射。接着提出了一种平衡双端馈电45°极化SIW缝隙阵列天线,采用蜿蜒线实现了天线单元沿SIW传输线法向组成的缝隙阵列天线,将差分双端馈电网络简化为平衡双端馈电网络,降低了馈电网络中相移结构对于天线性能的影响。最后,针对24GHz车载雷达应用分别设计实现了差分双端馈电和平衡双端馈电45°极化SIW缝隙阵列天线,实验结果与仿真设计结果基本一致。本章部分研究成果已发表在国际会议EuCAP 2015,部分研究成果已投稿至国际会议ISAP 2015。第二章研究了高性能堆叠式紧凑型贴片阵列天线。首先提出了一种可有效抑制交叉极化的紧凑型贴片阵列天线,贴片互连的结构能够在实现紧凑结构的同时将阵列原有的电场对称性改进为电流对称性,减小环境对于辐射对称性的影响,降低了贴片拐角的交叉极化辐射,从而有效抑制了交叉极化。接着进一步将互连结构用于更大阵列,通过仿真验证了其交叉极化抑制效果。本章还将紧凑型贴片阵列天线改为四端口天线单元,与序贯相移馈电技术结合提出了圆极化紧凑型贴片阵列天线,在保持高增益宽频带特性的同时实现了紧凑的结构。最后,针对24GHz车载雷达应用分别设计实现了有效抑制交叉极化的紧凑型贴片阵列天线和圆极化紧凑型贴片阵列天线,实验结果与仿真设计结果一致。本章研究成果将发表在国际核心期刊IEEE Antennas Wireless Propag.Lett.上。第三章研究了SIW无源回溯天线阵列。首先分析了SIW技术应用于回溯天线阵列因表面金属反射而引起的干扰问题,提出了一种具有极化扭转特性的SIW无源回溯天线阵列,利用极化隔离特性有效地解决了反射干扰问题。然后提出了该类型极化扭转无源回溯天线阵列的简化设计方法、校准和测量方案。本章还提出了集成SIW移相器的无源回溯天线阵列,通过同时调节互连传输线长度和宽度来控制互连传输线的相位特性,不仅实现了紧凑的结构,还为无源回溯天线阵列互连网络的相位控制提供了新的思路。最后,设计实现了79GHz极化扭转无源回溯天线阵列和35GHz集成SIW移相器的无源回溯阵列,实验结果与仿真设计结果一致。本章研究成果已经发表在国际核心期刊IEEE Trans. Antennas Propag.和国际会议IEEE IWS 2015上。第四章研究了L形缝隙周期结构极化扭转反射型频率选择表面。首先提出了单L形缝隙周期结构反射型频率选择表面中受腔体扰动的缝隙谐振和受缝隙扰动的腔体谐振,成功区分了通带内两个同极化反射系数零点。然后采用单因子分析法对所做分析进行了仿真验证并得出反射系数零点和结构变量间的部分定性关系。接着提出了平行双L形缝隙周期结构反射型频率选择表面,利用平行双缝的共面波导模式,成功在阻带加入一个新的交叉极化反射系数零点,有效提高了频率选择性能。之后采用单因子分析法对所做分析进行了仿真验证并分析了该结构提高频率选择性能的局限性。最后,设计实现了35GHz双L形缝隙周期结构极化扭转反射型频率选择表面,实验结果与仿真设计结果一致。本章研究成果将发表在国际核心期刊IEEE Antennas Wireless Propag. Lett.上.第五章研究了GaAs微波毫米波单片集成电路。设计实现了K波段差分输出GaAs压控振荡器芯片,能够实现19.18%的调频范围且具有良好相位噪声性能；设计实现了GaAs低噪声放大器芯片,在20-30GHz频段具有34dB的增益和小于3.6dB的噪声系数。采用GaAs工艺设计实现了一系列微波毫米波功率放大器芯片：具有单端输出和差分输出的中等功率放大器,能够在20-30GHz频段分别提供18dBm口21dBm的功率输出；K波段多模式功率放大器将射频多模式功率放大器概念延伸到微波频段,能够实现高低功耗模式并分别提供16d Bm口14dBm的功率输出；设计实现的三款Q波段直接合成功率放大器,测量结果与仿真结果基本一致,为大功率放大器的设计打下了基础；设计实现的两款平衡式大功率放大器芯片能够分别在其工作频段成功实现1W的功率输出。