为了应对愈加复杂的环境场景和需求,地面移动通信系统和卫星通信系统将深度融合构建空天地一体化网络,实现6G万物智联的愿景。不论是地面移动通信系统还是卫星通信系统都工作在微波和毫米波段。可见,作为下一代无线通信系统的关键部件天线也需实现这两个频段的覆盖。针对微波天线和毫米波天线的不同特性,本论文主要研究了基于结构复用实现跨频段覆盖的多频复合天线设计方法,提出了几款在微波和毫米波实现不同功能的复用结构,并利用这些复用结构设计了几款跨频段多频复用天线。本研究课题的主要创新工作有:1.针对微波天线具有边射辐射特性和毫米波天线具有波束扫描特性,提出了一种基于1×5毫米波三角腔子阵列的跨频段双频复用扫描天线。通过将四个毫米波子阵列进行镜像排布形成毫米波阵列,并在相邻子阵列边缘电场的最小处进行连接,整个毫米波阵列就可以等效为微波段的短路贴片天线。因此,微波和毫米波频段实现了共用同一辐射体。该天线尺寸紧凑,并且在两个频段都具有边射方向图。测试结果表明,各个馈电端口之间的隔离度都大于15d B,毫米波阵列还可以提供±38°的波束扫描范围。2.针对微波天线具有双极化特性和毫米波天线具有双极化波束扫描特性,提出了一款基于1×3毫米波三角腔子阵列的跨频段双频双极化复用扫描天线,用于提高天线的抗多径干扰能力。首先,对毫米波阵列的排布方式进行研究,探讨其对天线辐射性能的影响;接着,分析该结构在微波频段阻抗和辐射特性;最后采用结构中心对称方式实现共辐射体的跨频段水平和垂直的双极化辐射性能。测试结果表明该双频双极化天线在毫米波段的扫描角分别为-27°-28°和-25°-23°。3.针对微波和毫米波天线都具有圆极化辐射特性,提出了一款基于SIW结构的跨频段双频双圆极化复用天线。通过在毫米波SIW缝隙天线下层的对角线上加载相应的金属通孔,整个毫米波天线可以在微波段作为HMSIW天线工作。同时分别引入微波和毫米波段的旋转馈电网络,该结构不仅实现了双频双圆极化特性,并且端口之间还具有高隔离特性。测试结果表明,该天线在微波和毫米波段的-10d B阻抗和3d B轴比的重合带宽分别为1.3%（5.29-5.36GHz）和10.7%（23.8-26.5GHz）。4.针对微波天线和毫米波天线之间的谐波抑制特性,提出了一款基于双功能缝隙结构的宽带谐波抑制跨频段双频复用天线,并在此基础上进一步实现了一款毫米波波束可控的双频复用天线。通过引入短开路枝节可以减小微波天线在毫米波段对贴片阵列的干扰,同时长开路枝节和T型枝节又抑制了微波段与毫米波段之间的谐波,从而实现了宽带的谐波抑制。之后,在此基础上扩展了毫米波阵列,并加载了多个开路枝节来提高毫米波子阵列之间的隔离度,从而实现了毫米波波束可控的双频天线。测试结果表明,该天线在毫米波段获得了±28°的扫描角。5.提出了一款全结构复用的跨频段三频背腔天线。通过选取合适的网格数量,毫米波网格天线在微波段具有类似贴片天线的TM10模和TM30模的电场分布,其可用于增加两个微波背腔天线的阻抗带宽。由两个微波背腔天线共同组成的矩形背腔可用于提高毫米波天线的增益。测试结果表明,各个端口之间的隔离度都高于24d B,并且在三个工作频带内都具有单向辐射特性。