近年来,随着信息技术发展,毫米波/太赫兹频段受到学术界和工业界的广泛关注。毫米波/太赫兹频段具有丰富的频率资源,可以大幅提高无线通信带宽,很大程度上解决电磁频谱短缺问题。天线作为无线通信系统的关键器件,其性能优劣直接关系到通信质量的好坏。毫米波/太赫兹天线设计面临高增益、宽带、低成本等诸多挑战,在该频段基片集成波导(Substrate Integrated Waveguide,SIW)和空腔波导由于辐射损耗低而备受关注。然而在毫米波频段SIW的介质损耗直接降低了天线的辐射效率,若采用低损耗介质材料会导致较高的制造成本。基片集成空腔波导(Empty Substrate Integrated Waveguide,ESIW)结构通过去除SIW中介质可以实现电磁波的低损耗传输,在毫米波频段具有广阔的应用前景。本论文针对空腔波导技术在毫米波/太赫兹天线方面的应用展开研究,主要的研究内容及创新点如下:1.采用FR-4介质基板实现了同轴馈电的ESIW传输线,通过建模分析和校准测试,在Ka频段得出ESIW 0.045 dB/cm的低损耗性能。该传输线结构可应用于毫米波天线及天线阵设计,在提升天线性能的同时,大幅降低制造成本。2.针对H面喇叭天线增益低、带宽窄的问题,提出增益提升和带宽扩展技术。测试结果表明:提出的介质和耦合线双重加载结构,在Ka频段,实际增益提升了4.1 dB,阻抗带宽达到了 32.9%,实际增益最大值为11.3 dBi,总体效率为79.4%;提出的矩形槽介质加载结构,在W频段,实际增益提升了 4 dB,阻抗带宽为19.6%,实际增益最大值为14.5 dBi,总体效率为70.7%。3.基于所提出的ESIW-H面喇叭天线单元,通过3D打印支撑结构在毫米波频段实现了 H面喇叭天线的E面组阵,避免了较窄的波束宽度和栅瓣的产生。测试结果表明:天线阵的阻抗带宽为31.9%,实际增益最大值为17.2 dBi,总体效率为68%。4.提出腔体加载结构的高增益ESIW缝隙天线阵,实现了 1X6和8×6缝隙阵。测试结果表明:ESIW-1 X 6缝隙阵列测试阻抗带宽为12.7%,最大实际增益为15.5 dBi,总体效率为90.7%;ESIW-8 X 6缝隙阵列阻抗带宽为12.1%,最大实际增益为24 dBi,总体效率为86.5%。满足3GPP提出的5G毫米波n260频段(37-40 GHz)的应用需求。5.为了解决太赫兹通信系统中反射面天线剖面高、不宜集成的缺点,基于金属空腔波导结构研究设计了多层耦合的宽带、高增益140 GHz平面太赫兹缝隙天线阵,测试结果表明天线最高增益达到了 30.4 dBi。