随着微波、毫米波通信技术与半导体工艺的深入发展，人们对超高速、大容量无线通信的要求愈来愈高。当前的无线点对点通信主要集中在6-42GHz，导致频带过于拥挤，发展前景十分有限，E波段、W波段、D波段等毫米较高频段由于其性能优势必将成为无线通信发展的主流频段。CMOS工艺是当前片上天线设计所采用的主流工艺，由于CMOS工艺的Si基底介电常数高、电阻率低，造成天线辐射的大部分电磁波能量被硅基底吸收并消耗，导致天线辐射方向图畸形，严重影响天线的辐射效率。基于CMOS工艺的这些缺陷，本文采用一种新型半导体工艺——磷化铟（InP）工艺。和传统的CMOS工艺相比，InP禁带宽度大、电子迁移率高、负阻效应显著，是一种比较理想的毫米波、微波器件基底材料。通过在磷化铟工艺上加载人工磁导体，以阻隔InP基底对片上天线的影响，抑制表面波的传播，进一步提高天线的辐射性能。本文的主要内容如下：　　1)详细研究了CMOS工艺和磷化铟（InP）工艺，对其材料特性和工艺进行对比，分别设计了基于磷化铟（InP）工艺和CMOS工艺的140GHz片上偶极子天线，通过直观的性能对比，得出在相同条件下，基于磷化铟（InP）工艺的片上偶极子天线性能要优于CMOS工艺，采用磷化铟材料作为毫米波天线的衬底其性能更优。　　2)设计了基于磷化铟（InP）工艺的十字型、耶路撒冷型和领结型三种类型的人工磁导体，研究人工磁导体各个参数对其谐振频率的影响，并对其进行相应的总结。　　3)设计基于耶路撒冷型人工磁导体的片上偶极子天线，通过与不加载人工磁导体天线对比说明人工磁导体对片上天线性能的影响。通过改变在横向和纵向排列的人工磁导体单元个数，研究其对片上天线辐射性能的影响。　　4)设计一款基于磷化铟（InP）工艺的宽带片上天线，通过在微带天线两侧加载寄生贴片提高其带宽；在宽带天线下方M1金属层分别加载耶路撒冷型和领结性人工磁导体，研究不同结构的人工磁导体对宽带天线辐射性能的影响。　　5)设计了一款工作于E波段的波导耦合馈电微带天线。