随着5G/6G无线通信系统的发展,毫米波/太赫兹应用受到了越来越多的研究。毫米波/太赫兹高频段技术能够实现大宽带、高速率、低时延、高集成的特性,在医疗、生物检测、遥感、安全、无线通信等领域有着广泛的应用。由于60GHz频段处于氧气吸收峰,信号可快速衰减,可应用于短距离高速无线通信。140GHz的电磁波在大气外几乎无衰减,可应用于宇航间通信。高增益、高效率的60GHz/140GHz宽带毫米波/太赫兹天线在未来各类应用中具有举足轻重的作用。与此同时,圆极化天线具有抗极化失配、抗多径干扰的特性,可使得收发天线间的相对方位更加灵活,链路的质量更加优良,因此圆极化天线成为现在无线通信不可或缺的一部分。由于毫米波和太赫兹频段本身具有传输损耗大,穿透性差的劣势,从而导致接收处增益过小。为了提升增益,通常采用大规模的天线阵列,然而随着馈网面积的增大,馈网的传输损耗也在急剧增加,最终导致即使增大天线阵列的规模,天线的增益依旧无法提高。为了解决这个问题,本文采用了腔体馈电的方式来减小馈网损耗,并使得天线的结构紧凑。本文的研究成果包括以下内容:1、60GHz基于TE340模的宽带圆极化天线阵列提出了两款宽带圆极化天线阵列,这两款天线采用了相同的馈网结构。第一层馈网采用了基于TE340模的高阶腔,第二层馈网采用了基于基片集成波导（SIW）的传统顺序旋转馈网。两款天线的区别在于具有不同的辐射单元,第一款天线采用了切去一对45°矩形金属条的圆形贴片并加载矩形背腔。第二款天线采用了改进型的磁电偶极子。第一款天线的测试结果表明其4×4阵列的-10-dB阻抗匹配带宽为27.2%,其3-dB轴比带宽为1 8.9%,在62GHz处能够获得最大增益19.3dBic,3-dB的增益带宽为26.2%。第二款天线的测试结果表明其-10-dB的阻抗匹配带宽为24%,其3-dB的轴比带宽为25.9%,同样在62GHz处获得最大增益为19.4dBic。由于其出色的性能使得两款天线成为60GHz短距离通信的候选者之一。2、60GHz基于高阶双模腔的高增益圆极化天线阵列设计了基于高阶双模腔体馈电的高增益圆极化天线阵列,该天线的阻抗和轴比的重合带宽能够覆盖57-71GHz。第一层馈电网络采用了基于TE140和TE410双模馈电。该高阶双模腔既实现了一分四功分器的效果,又实现了输出端口相位可调的功能。第二层馈网采用了一种灵活的配置来实现顺序旋转技术。其采用了十字缝隙来对馈网激励,通过调节缝隙的长度差来获取相位差,而无需添加任何额外的四分之一波长线。辐射单元采用了切去一对45°矩形金属条的圆形贴片并加载了矩形背腔。与圆形背腔相比,可以有效提升天线的增益。经加工测试后,4×4天线阵列的-10-dB阻抗带宽为23.8%,3-dB的轴比带宽为24.6%,在67GHz处达到最大增益20.8dBic。在57-72.5GHz频带内,增益均大于17.5dBi,能够实现的最大口径效率为79.6%。3、140GHz基于六边形腔体馈电的圆极化天线阵列提出采用低温共烧陶瓷（LTCC）加工工艺的基于六边形腔体馈电的贴片圆极化8×8天线阵列。第一层馈网采用了六边形腔体设计的一分四功分网络,相比传统的基于基模的功分馈电网络,该结构设计简单,尺寸小,降低了馈网的复杂性。在六边形腔体中通过加载匹配柱来提升天线的阻抗性能。第二层与第三层馈电网络均采用了基于SIW的顺序旋转馈电网络,这种配置可以扩展轴比带宽和提升圆极化的纯度。最终设计的8 × 8天线阵列仿真的-10-dB阻抗带宽为22.6%,3-dB轴比带宽为20%,最大增益为19.7dBic,3-dB的增益带宽为11.8%。阵列的方向图的副瓣水平小于-13 dB。