近年来,随着无线通信系统的迅速发展,毫米波通信技术的研究也越来越受到学者关注。介质谐振器天线因其自身的特点,更适合于毫米波段的研究与应用。然而,在毫米波段,介质谐振器天线存在频带较窄、增益不高等问题。本文提出了三款介质谐振器天线模型,通过采用天线阵列、堆叠介质谐振器、引用空气缝隙、激励高次模等方法,在保证天线带宽的同时,有效提高了天线的增益。主要研究内容如下:（1）设计并实现了一款高增益异形介质谐振器天线及阵列。首先通过堆叠不同形状的介质谐振器用来提高天线带宽,采用十字交叉缝隙馈电结构,实现了天线圆极化,该天线单元的阻抗带宽为18.9%,增益最大达到6.7d Bi;然后,制作了该天线单元样机,仿真与实测结果基本吻合,验证了设计的有效性;最后,采用并联馈电网络,设计了1×4天线阵列,使天线增益有效提高至12.2d Bi,相比于单个天线,增益提高了近一倍。（2）设计了一种双环形凹槽高增益毫米波介质谐振器天线,引入空气缝隙,并激发天线的HEM115高次模,使天线相对带宽达到26.3%,带内最大增益达到12.1 d Bi;在此基础上,对矩形缝隙进行改进,设计出了非对称横“Z”字形缝隙,不仅产生了圆极化,还激发了HEM117模式,天线的阻抗带宽为18%,3d B轴比带宽为12.8%,最大增益达到11.7d Bi。（3）设计了一种H型缝隙高增益毫米波介质谐振器天线。首先将两个大小不同介质谐振器进行堆叠,提高了天线的增益,拓宽了天线带宽;采用微带-H型缝隙耦合馈电结构,增加了天线设计的自由度。在此基础上,加入了介质基板,改善了天线性能,最终天线阻抗带宽为25%,3d B增益带宽为19%,最大增益达到12.6d Bi,天线增益较之前提高了约1.4 d Bi,且天线增益的稳定性实现较大改善。