毫米波由于其波长短、频带宽、多普勒效应灵敏度高等优点,在雷达、无线通信等领域有着广阔的应用前景。本文以毫米波测速雷达为应用背景,对其中的收发天线阵列展开研究。所设计的天线采用多层技术,分别为LTCC技术和多层PCB技术,通过充分利用其三维结构特性,最终完成了小型化、高性能的毫米波阵列天线设计。主要研究内容包括以下几个方面:首先,采用LTCC工艺完成了高增益天线单元的设计。由于在毫米波频段,介质损耗较大,会降低天线增益,因此本文采用损耗较低的喇叭天线作为天线单元形式,并且充分利用LTCC的多层结构,设计了高增益的LTCC喇叭天线单元,并分别采用微带线和带状线为该喇叭天线馈电,完成最优馈电方式设计。其次,基于不规则平面阵列的理论设计出高增益、低副瓣的阵列天线。由于雷达天线具有高增益、低旁瓣等特性,单个天线难以实现。而等幅激励的均匀阵列,旁瓣电平大约为-13.5dB,也不满足实际的应用要求。本文基于不规则阵列理论,提出心形阵列结构。该结构可提高阵列的方向性系数,实现阵列的高增益、低旁瓣特性,并且所占口径远小于同等性能的常规平面阵列。该部分研究成果已申请国家发明专利。第三,完成了阵列馈电网络的设计。高效率的馈电网络是阵列天线的设计难点之一。本文采用基于带线的多路耦合与功分结构,设计了高效率的馈电网络。最终设计的LTCC心形阵列天线性能优良,尺寸为24×21×1.6mm3,相对驻波带宽约为22%,中心频率30GHz处,增益达到14.5dBi,旁瓣电平-22dB以下,波束宽度约为26°,在很小的尺寸上达到高的辐射效率与口径效率。第四,采用多层PCB工艺完成心形喇叭阵列天线的设计。最终所得天线阵列性能优良,尺寸仅为32×39.3×4.8mm3。在中心频率24GHz处,增益为14.1dBi,旁瓣电平-20dB,波束宽度30°,前后比达25dB。本文最后为所做工作的总结,并对下一步工作以及相关技术的发展趋势做了展望。