随着微波频段频谱资源的大规模开发利用,具有更多待开发频段的毫米波频段逐渐成为科研人员和工程技术人员研究的热点。毫米波波段的宽带频谱及器件的小型化,使得未来的高容量、高数据传输等成为可能。天线作为毫米波通信系统中必不可少的前端器件,因此多种类型的平面毫米波天线都得到了广泛研究。圆极化天线具有抗极化失配、抑制多径衰落、减小雨雾干扰等优点,在卫星通信、射频识别、雷达电子对抗等领域得到广泛使用,用来提高链路的质量。本文围绕不同应用场景下的毫米波圆极化天线展开研究,聚焦Ka波段的两种类型平面圆极化阵列天线的研究与设计,论文具体工作内容如下:1.提出了一种工作在Ka波段的低剖面宽带圆极化阵列天线。首先提出了一种加载六角形寄生贴片的宽带圆极化单元,在传统圆极化磁电偶极子单一轴比谐振点的基础上引入第二相邻轴比谐振点,实现了27.1%的阻抗带宽和16.3%的轴比带宽。接着利用基片集成波导（Substrate integrated waveguide,SIW）构成的顺序旋转馈电网络构成2×2子阵列。最后在子阵列基础上,设计了一款4×4的阵列天线,并进行了实验验证。测试结果表明,该阵列天线实现了27.7%的阻抗带宽和28.5%的轴比带宽,带宽内天线具有良好的法向右旋圆极化（Right Hand Circularly Polarized,RHCP）辐射特性,适用于Ka波段的宽带圆极化通信系统。2.提出了一种工作在Ka波段的5G毫米波双频双圆极化阵列天线。首先利用SIW谐振腔和矩形贴片的简并模分离,在两个频段分别产生两种旋向的圆极化辐射。接着引入堆叠寄生贴片和贴片上的短路金属过孔,将谐振点调节至所需的两个频段。最后利用设计的单元结构,采用紧凑的微带全并联馈电方式,设计了一款4×4的阵列天线,并进行了实验验证。测试结果表明,所提出的阵列天线在28 GHz辐射右旋圆极化波,在38GHz辐射左旋圆极化（Left Hand Circularly Polarized,LHCP）波。两个频段分别实现了7.3%和7.5%的阻抗带宽,2.8%和2.6%的轴比带宽,适用于5G毫米波圆极化全双工通信系统。