近年来,5G通信网络的商用和大规模铺设正在逐步推进,5G通信频带中包含了微波频段和毫米波频段。目前微波频段的大规模阵列天线相关的技术和工艺已经十分成熟,因此微波频段的阵列天线已经进入大规模的部署和应用阶段。然而微波频段中的频带资源有限,无法满足人们日益增长的通信需求,因此需要进一步研究毫米波频段阵列天线,拓宽频带资源。毫米波频段阵列天线的通信存在着基站铺设成本,信号能量损耗和天线安置空间被挤占的难题。全息阵列天线能够增强特定方向的波束增益,提高毫米波基站的信号覆盖范围,从而减少基站的铺设数量,高效地利用铺设空间,同时避免了其他方向上的电磁波损耗。为了解决毫米波频段阵列天线在成本和损耗上的难题,本文研究了两种窄波束,高增益,可重构的毫米波全息阵列天线,并设计了可重构全息天线的单元控制方案。具体研究内容如下:1.设计了一款矩形波导毫米波全息天线。该矩形波导天线由一分二十功分器,矩形馈电波导和均匀分布在波导面上的横缝隙阵列构成,通过控制横缝隙辐射单元的辐射相位,完成波束赋形。其中一分二十等幅功分器由一个总馈电口馈入TE模电磁波,为后续波导上的缝隙阵列馈电。基于波导中电磁波的相位分布,根据预设的不同波束指向,对波导缝隙辐射单元进行开关工作状态的控制。当阵列扫描角度发生变化时,控制不同相位分布的缝隙单元形成对应的干涉图案,干涉图案受到激励时将在自由空间中形成预设的波束赋形指向。通过矩形波导全息天线模型的仿真和测试,验证了所设计的矩形波导毫米波全息天线具有窄波束高增益的赋形波束特性,可实现在二维平面的大角度扫描。2.设计了波导上缝隙开关的控制电路。该波导缝隙开关控制电路由缝隙上的PIN管和用于控制PIN管的FPGA控制电路组成。其中缝隙开关控制电路基于PIN二极管的通断,控制缝隙单元的工作与否,FPGA控制电路控制多个PIN管生成缝隙单元的干涉图案,由此实现可重构的全息天线波束赋形。PIN二极管与缝隙单元两侧的贴片等效为并联谐振电路,形成短路结构。通过FPGA控制缝隙单元的短路与否,以此控制缝隙单元的工作状态,构建全息阵列面上辐射单元干涉图案。根据预设的波束指向,当FPGA控制特定的PIN二极管的通断时,阵列面上处于工作状态的缝隙单元形成波束指向对应的干涉图案,该干涉图案将完成预设波束指向的构建。由于短路结构对TE模和TEM模全息阵列中辐射缝隙的控制原理相同,当全息阵列中的电磁波传输模式发生变化时,控制电路并不随之改变。通过对波导上缝隙开关的控制电路的仿真,验证了控制电路能够数字化地控制全息阵列的干涉图案,完成可重构的全息阵列波束赋形。3.设计了一款基片集成同轴波导毫米波全息天线。该同轴波导天线由一分八功分器,同轴馈电波导,波导中的周期膜片结构和均匀分布在波导面上的横缝隙阵列构成,通过控制横缝隙辐射单元的辐射相位,完成波束赋形。其中一分八等幅同相功分器由一个总馈电口馈入TEM模电磁波,为后续波导上的缝隙阵列馈电。与矩形波导不同,基片集成同轴波导通过波导中传输的TEM模电磁波激励阵列面上的缝隙单元。与矩形波导中的TE模电磁波相比,TEM模电磁波更有利于实现工作频带内的增益均匀分布。该同轴波导天线利用周期膜片结构形成高次模的禁带,隔断TE模电磁波在波导中的传输,保证波导中只存在TEM模电磁波。该同轴波导天线,基于TEM模的传输相位分布,对辐射缝隙单元进行开关工作状态的控制,实现了不同角度指向的窄波束高增益波束赋形。与矩形波导相比,基片集成同轴波导毫米波全息天线在维持高增益的同时,在频带内有更小的增益波动。通过对同轴波导全息天线模型的仿真,验证了所设计的同轴波导毫米波全息天线不仅具有窄波束高增益的赋形波束特性,可实现二维平面的大角度扫描,还能在工作带宽内保持均匀的增益分布。综上所述,本文通过应用全息天线波束赋形原理,设计了基于TE模矩形波导毫米波全息天线,实现了全息天线在二维平面的窄波束高增益大角度扫描;接着为毫米波全息天线设计了相应的控制电路,验证了可重构的全息波束赋形天线的可行性;最后针对全息天线频带内的增益波动,设计了基片集成同轴波导毫米波全息天线,在维持高增益的同时,令全息波束赋形天线在工作频带内有更小的增益波动。