自上世纪八十年代Long等实现圆柱形介质谐振器天线(DRA)的辐射以来,DRA由于其宽带、低损耗、重量轻等优点被广泛研究和使用。射频系统级封装(RF-SiP)具有多功能、小型化、低成本等特点,是目前备受国际关注的主流技术之一。将收发天线集成到RF-SiP中形成封装天线,可进一步提高系统的集成度以及工作性能。空心DRA拥有优异的辐射性能并可预留出充足的内部空间用于射频电路的封装和集成,非常适用于介质谐振器封装天线(DRAiP)的开发和应用。但若将射频电路直接暴露于DRAiP内部的近场环境,天线和射频电路之间则无法避免会存在相互干扰,因此在进行DRAiP的设计时需综合考虑其辐射性能和屏蔽特性。另外,差分天线及圆极化天线具有良好的抗干扰性能及较好的抑制共模噪声和多径散射的能力,可以很好的改善射频系统的稳定性及通信质量。本文结合封装天线的应用需求,提出了多款具有高屏蔽特性的宽带DRAiP,同时对封装场景中的场路电磁干扰问题进行了理论分析和实验测试。此外还提出了多种新型的天线馈电结构,实现了多款宽带差分DRA单元和阵列以及宽带圆极化DRA。本论文的主要工作和创新点可归纳如下:(1)将馈电结构和电路封装区域相分离,提出了一种能够提供高屏蔽性能的探针馈电型空心DRAiP架构,通过改变馈电探针的位置灵活实现了DRAiP的定向和全向辐射。针对该DRAiP内部是否存在金属屏蔽腔的不同情况,从工作带宽及辐射特性等方面对天线进行了仿真测试与对比,讨论了金属屏蔽腔对封装天线性能的影响。(2)在场路电磁干扰方面,对Baum-Liu-Tesche方程及混合S参数法进行了扩展,将其应用到天线近场环境中电路端口感应电压电流的计算。通过实验研究了空心DRA不同强度的近场对其内部封装的低噪声放大器(LNA)的输入输出及工作点等特性的影响,及LNA与DRA之间的耦合阈值。探究了DRAiP对其封装的有源电路的电磁干扰影响,为射频电路与天线的一体化封装集成提供了较好的参考依据。(3)在兼顾天线辐射性能及其电磁屏蔽特性的情况下,将短路带状线引入到顶馈型DRAiP的设计中。该顶部馈电结构兼容于芯片倒装焊工艺,便于射频电路在天线内部的顶部封装,提高了系统的集成度。当DRA空腔四壁无金属屏蔽层时,通过激励DRA不同部位的谐振,实现了-10 dB阻抗带宽为31.7%的宽带设计。当空腔四壁存在金属屏蔽层时,带状线下层地面可与之形成封闭的金属屏蔽腔体,该情况下天线的阻抗带宽为15.7%并可为芯片的内部封装提供高于60dB的隔离度。(4)提出了一种改进型环形缝隙馈电结构,实现了对矩形DRA的宽带(20.6%)激励并对其工作机理进行了解释说明。结合该馈电缝隙的环状平面结构,将其应用到矩形DRAiP的设计之中,并将射频放大器及滤波器芯片集成到DRAiP的空腔中,实现了内外式封装架构中馈电结构和射频电路的共面化设计,协同仿真并测试了一款紧凑型有源封装天线,在兼顾集成密度的情况下极大地降低了封装难度。(5)为解决微带线直接馈电DRA的窄带问题,提出了一种平行微带线馈电结构,成功激励起低介电常数矩形DRA的TE基模。通过引入微带馈线的谐振,首先设计了一款阻抗带宽为22.4%的宽带差分DRA;然后基于该差分单元,串并馈相结合实现了差分馈电的DRA阵列,并通过引入缺陷地结构将该阵列的带宽由18.9%提高到了30.4%;最后结合微带馈线和DRA的谐振,设计出了一款三阶宽带介质谐振器滤波天线,获得了较好的带内平坦度和带外抑制特性。(6)通过将基板及馈电结构内嵌到DRA之中,提出了一种具有高集成度的支持三种谐振模式的宽带(49.7%)线极化DRA,其带内增益最高达到8.56 dBi且具有较好的朝天顶方向辐射的特性,该紧凑型天线结构可应用于垂直布局式封装天线的设计之中。然后通过引入交叉缝隙馈电结构,将其扩展为了一款单馈型圆极化DRA。为扩展该圆极化天线的轴比带宽,将人工接地结构引入到天线设计之中将其轴比带宽从6.2%增加到了31.0%,且天线的带内增益得到了较大的提升,扩展了超表面在圆极化DRA中的应用。