在雷达、电子对抗等系统中，双极化天线已经获得了广泛的应用，采用双极化天线可以在同一带宽内发射两种不同极化的信号，即节约了频率资源，并使频带的利用率提高了一倍。毫米波双极化平面天线主要有微带天线和波导缝隙天线两种主要形式。在毫米波段微带天线损耗较大，辐射效率较低，而波导缝隙天线的损耗较低，辐射效率较高。因此，本文结合毫米波变极化探测系统的需求，对波导缝隙天线形式的毫米波双极化天线进行了研究。文中首先对波导缝隙天线的研究背景，基本理论和设计方法作了简要论述，并对一种具有较低交叉极化电平的单脊波导脊边V字型缝隙的原理进行了详细分析。论文结合毫米波段变极化探测系统的要求，确定了阵列布局，采用单脊波导宽边纵缝和脊边V字型缝隙作为天线的两种极化单元，根据阵面中不同位置处互耦强度不同的情况，利用电磁仿真软件分别建立了不同的缝隙参数提取模型，完成阵面中两种极化单元的有源导纳参数提取，并利用将长线阵拆分为多个短线阵并联馈电的方式来降低长线效应的影响。设计中还根据阵面中各馈电端口的能量比设计了单脊波导馈电网络，实现了Ka波段双极化单脊波导缝隙阵列。天线整体采用分层加工，多层结构真空钎焊成型的加工方法进行了实物制作和测试。传统的串馈形式双极化波导缝隙天线存在工作带宽窄，两种极化阵列不共口径等问题，而全并馈形式的双极化波导缝隙单元有效改善了上述问题。本文先对全并馈形式的双极化波导缝隙天线的工作原理进行了详细分析，并优化仿真得到了Ka波段中的双极化全并馈波导缝隙2×4子阵，在与第一个天线中尺寸约束相同的条件下，利用2×4子阵设计了16×16的阵列，在馈电网络的设计中提出了一种工作带宽较宽并且结构简单的矩形波导H面T型功分器，整阵的仿真结果表明双极化全并馈波导缝隙阵列较传统的串馈双极化波导缝隙阵列具有更宽的阻抗带宽与增益带宽，并且工程实现更简单等特点。