高增益天线是毫米波和太赫兹无线系统必不可少的关键组件。随着毫米波太赫兹无线通信、射电天文、成像等的蓬勃发展,毫米波太赫兹天线不仅需要具有很高的增益和紧凑的轮廓,还需要具有较好的波束扫描能力。因此,高增益、高效率、小尺寸、多波束毫米波太赫兹天线已成为当前天线领域的研究热点。另外,由于毫米波和太赫兹波的波长很小,空间传输损耗很大,使得毫米波太赫兹高增益天线的精确测试面临诸多挑战,主要包括:1)毫米波太赫兹相关仪器仪表的输出功率、信噪比远低于微波仪器仪表,其测试系统性能受限,测试的时间成本很高;2)高增益、多波束毫米波太赫兹天线的波束很窄,测试结果对误差非常敏感;3)传统的天线远场测试方法面临测试距离大但测试信号弱的矛盾。因此,本文围绕“毫米波太赫兹平面近场测量技术及高增益天线的研究”这一主题,开展了深入的研究并取得如下进展:（1）搭建了一套同时具备平面近场、远场测试能力的毫米波太赫兹天线测试系统,开发了全套控制及后处理软件。该测试系统重点针对太赫兹频段高增益天线的测试挑战,在高精度波束对准、快速测试采样和快速近远场变换等方面取得了较好的成果:1)高增益天线辐射波束很窄,测试中波束对准误差大。针对这一问题,提出了一种无需任何位移、旋转操作,直接通过后处理校正波束对准误差的方法,显著降低了测试系统的搭建成本与校正对准误差的工作量。2)针对平面近场方法测量太赫兹高增益天线耗时过长的问题,提出了一种低成本、高精度的动态扫描方法。通过将其与增大采样间隔、自适应矩形螺旋扫描等方法结合,既减小了采样规模,又提高了单点测试速度,从而大幅降低了平面近场测试的时间成本。3)由于太赫兹频段室温测试系统动态范围低,采样时间与扫描架位移时间相当,因此,采用动态扫描得到的近场数据是非均匀分布的,无法直接代入常规的近远场变换中。对于这个问题,本文提出一种低成本、高效率的解决方法,即通过软件指令记录下每次采样对应的空间位置,再利用非均匀傅里叶变换算法,快速准确地实现近远场变换。（2）太赫兹频段矢量测试仪器的动态范围远低于相应的微波和低频毫米波测试仪器,天线测试过程中太赫兹波信号很弱,容易受到外界各种因素的影响,很难准确实现矢量场的测量。针对这些挑战,本文基于无相平面-平面衍射测试方法（Plane to plane diffraction,PTP3）,在计算精度、采样方法和降噪方法等方面提出了新的解决方案,有效地提高了测量精度、降低了测试时间和仪器成本。具体研究成果包括:1)在PTP3算法的衍射步骤中,引入了一个修正的有效角谱域范围,对参与计算的角谱分量进行了限制。仿真结果显示,采用该方法能够显著提高正向衍射计算的精度,并在提高算法整体收敛精度的同时加快收敛速度。2)针对被测天线口径面位置难以确定的问题,引入了等效口径面的概念,并提出一种基于实测的初值拟合方法。仿真实验结果证明,当被测天线为高增益定向天线时,采用该初值拟合方法,其结果与等幅同相的初值设定基本相当。该方法的优势是无需采样整个口径面,节省了测试时间,同时可从实测数据中确定出算法中关键的口径面限定区域,提高PTP3算法的收敛概率。3)针对太赫兹频段近场测试数据受噪声影响较明显的情况,提出了两种方法用于降低噪声对无相测试方法的影响:a)在算法的采样面模值替换步骤中引入混合输入输出（Hybrid Input Output,HIO）系数,通过调整该系数的值实现降噪效果。b)利用计算机图像处理中的三维块匹配（Block matching and 3D filtering,BM3D）算法,对两个采样面的测试数据先行进行降噪处理。为验证这两种方法的降噪效果,在仿真中引入两种不同类型的噪声源,分别对应两种不同的测试场景。通过一系列仿真实验,对这两种方法的近场降噪以及远场结果恢复效果进行了深入分析,证明了这两种方法降噪的有效性以及适合场景。（3）基于基片集成波导高次模谐振腔技术,研制了一款工作于W波段的高增益平面缝隙天线。利用一个工作于准TE560模式的基片集成谐振腔,在谐振腔的上表面同时激励起30个辐射缝隙,在实现高增益的同时,大幅降低了馈电网络复杂度和馈电损耗。与相关文献中采用类似技术的缝隙天线相比,该天线在口径效率相当的前提下,提供了更高的增益。以该天线为组阵单元,分别设计两款不同规模的阵列天线,采用了子阵交错分布的组阵方法,解决了方向图非理想栅瓣问题,并使用搭建的测试系统对其性能进行了实验验证。两款阵列的实测带内最大增益分别达到26.39 d Bi和30.36 d Bi。本文所提出高频毫米波平面天线阵列充分发挥了高次模谐振腔缝隙单元高增益和馈电简单的优点,显著地减小了馈电网络的规模与设计难度,降低了馈电损耗,提高了阵列整体效率。（4）面向太赫兹无线通信以及主动成像应用,分别设计了两款采用机电扫描方式实现波束扫描的高增益反射面天线,其工作中心频率分别为400 GHz和650 GHz。400 GHz反射面天线主要由两个抛物柱面,以及一个大尺寸平面镜组成,其中副抛物柱面和平面镜分别与一个舵机相连。该天线具有20°的俯仰面以及120°的水平面波束扫描范围,在400 GHz处的实测增益为44.2 d Bi。相对于常见的双抛物面天线系统如卡塞格伦/格里高利反射面天线等,所研制的双抛物柱面天线的加工难度与成本更低,结构较为紧凑,且具有大角度二维波束扫描功能,非常适合应用于太赫兹频段高速点对点通信场景。所研制的650 GHz反射面天线采用了共焦点近场格里高利天线作为主体结构,并通过电机控制一个尺寸较小的平面镜的空间方向,实现了二维波束扫描特性。该天线在650GHz时的测试增益为46.49 d Bi,通过改变主反射面的类型,它可在远场传输和近场成像两种功能间切换。另外,本章还利用所开发的测试系统和三种不同测试方法对所研制的两种天线的辐射特性和波束扫描特性进行了测试和比较。其中,基于近场测试幅值数据,验证了所提出的无相平面近场测试PTP3算法的有效性。另外,对于所提出动态扫描测量方法,实验结果显示其与逐点扫描方式的测试结果基本一致,但整体测试时间减少了56%,大幅提升了测试效率。上述工作已在本领域权威期刊IEEE Trans.Antennas Propag.上发表SCI收录论文2篇,在国际无线会议（IEEE IWS2019）、亚太天线与传播会议（APCAP2019）和欧洲微波会议（Eu MC2016）上发表EI收录论文3篇。