第五代移动通信技术（5G）的普及,对于通信系统的信息吞吐量和时延水平提出了新的挑战。传统移动通信天线难以满足5G提出的三大应用场景,而毫米波相控阵天线作为5G的关键技术之一,有着频带宽、波束可调节等多种优点,成为了业界的研究重点。但目前毫米波相控阵天线还存在阵列效率低、扫描增益衰减剧烈等弊端。为此,本论文在毫米波相控阵的低损耗馈电网络、阵列耦合抑制方法和封装集成等方面开展了系统的研究工作。主要内容与创新点如下:1.基于简化馈电网络的高效率高隔离相控阵天线研究:针对毫米波相控阵天线效率低的问题。提出了基于简化馈电网络的高效率超表面相控阵天线,即利用串联馈电、串-并联混合馈电等简化馈电网络,解决了传统并联馈电网络的复杂性和高损耗的问题,提升了天线效率;同时,通过分析子阵列中两种天线单元的耦合分布,确定其阵列中耦合主要为表面波耦合,并在阵元间加载软表面结构,有效提高了天线阵元间隔离。2.基于渐变馈电网络的宽带高效率相控阵天线研究:针对串联馈电网络导致相控阵天线工作带宽窄的问题,提出了基于渐变馈电网络的宽带高效率相控阵天线。采用渐变型带状馈电线和宽带多模的超表面天线单元有效拓展了阵列带宽;同时,通过分析天线单元在E面、H面阵列拓展中不同的耦合情况变化,提出了针对H面耦合抑制的空间耦合抵消去耦方法,即在天线阵列上方加载去耦介质层,通过介质层的部分反射电磁波来抵消阵元间耦合,有效改善了天线阵元间的耦合。3.封装集成的宽带双极化相控阵天线研究:针对毫米波相控阵天线与芯片互连中的设计工艺限制,本论文提出了双极化低剖面宽带相控阵天线,即在低剖面的限制下利用叠层超表面单元拓展带宽;同时,通过对封装中带状线转接和同轴过渡结构进行精确的建模分析,保证了互连过程中能量幅度和相位的一致性,确保了整体系统性能。