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随着信息技术的高速发展,现代无线通信系统对天线宽频带、小型化、高增益、易集成等性能提出了更高的要求。针对此背景,本论文面向复杂环境下超高频(Ultra High Frequency, UHF)射频识别技术(Radio Frequency Identification, RFID)、毫米波通信及无线局域网(Wireless Local Area Networks, WLAN)系统的应用中面临的技术难题,首先提出了基于复杂环境下UHF RFID波束扫描天线阵设计方法。然后基于微机械工艺提出了低损耗的矩形微同轴传输线及宽带、高效的天线阵设计方法。最后提出小型化人工磁材料(Artificial Magnetic Conductor, AMC)结构的太赫兹天线和宽带频率选择表面(Frequency Selective Surfaces, FSS)结构的5G高增益天线设计方法。论文研究内容包括以下几个方面：1.复杂环境下UHF RFID波束扫描天线阵研究提出的波束扫描读写器天线阵是解决金属腔环境下UHF RFID系统读取空洞的有效方法。同时设计了三款波束扫描天线阵。第一款为相控波束扫描天线阵,采用butler矩阵作为馈电网络,提供对不同天线单元的相位控制,以达到波束扫描功能。第二款为轮询波束扫描天线阵,采用开关对每个天线单元进行馈电,通过各单元之间的寄生达到波束扫描的效果。第三款对轮询波束扫描天线单元进行倒置放置,通过改变单元之间的寄生特性达到提高天线带宽和增益的效果。本论文对设计的三款波束扫描天线的读取性能进行了测试,三款天线分别在输入功率为18dBm、16dBm口14dBm时,达到100%读取率。2.基于微机械工艺的高效60GHz天线阵研究首先提出了基于微机械工艺的矩形微同轴传输线结构,该传输线采用SU8支撑同轴线内径,形成镂空结构,降低毫米波传输线的损耗。该传输线在80GHz时损耗小于0.045dB/mm,且能兼容CMOS工艺。然后基于矩形微同轴传输线的多层工艺,设计两款60GHz天线阵。第一款天线采用阶梯耦合馈电,以达到宽带效应。该天线阵工作带宽为8.5GHz (57.8～66.3GHz)。在61GHz中心频率,天线增益为13.2dBi,效率达到90%。第二款天线阵采用E型贴片以获得宽带圆极化。该天线轴比带宽为11.1%(58.6～65.5GHZ)。在61GHz中心频率,天线增益为13.3dBi,效率为90%。3.基于FSS加载的双极化WLAN天线研究提出了宽带FSS结构。通过对圆形贴片的FSS结构进行矩形开槽,形成宽带FSS。该宽带FSS结构在4-6.5GHz频率范围内反射相位为-155°～-173°,比未开槽时更加平滑。然后将宽带FSS结构加载在双极化天线中,提高天线的带宽和增益。加载后的双极化天线工作带宽为1GHz (5-6GHz),增益为13dBi。相比未加载时,天线带宽提高400MHz,增益提高5.6dBi。4.基于小型化AMC加载的高效、宽带太赫兹天线研究提出了小型化AMC结构,以提高太赫兹天线的增益和效率。该设计面向的是基于CMOS工艺太赫兹天线设计中带宽窄和效率低等问题。提出了双层偶极子太赫兹天线,以提高天线带宽。该太赫兹天线带宽为51GHz(200～251GHz)。在220GHz频率,天线增益为0.7dBi,方向图向下,效率为20%。然后提出了切半AMC结构,实现AMC小型化。最后将小型化AMC加载于设计的太赫兹天线上,提高天线带宽和增益。该太赫兹天线带宽为66GHz(200-266GHz)。在220GHz频率,天线增益为0dBi,方向图向上,效率为32%。