随着无线通信技术的快速发展,通信速率依托新型通信技术不断提高。根据香农定理,通信信道的最大容量由工作带宽,信道数量和信噪比决定。提升通信速率意味着重新分配宽带频谱资源。物联网终端设备的工作频率主要集中在6 GHz以下频段,导致低频频谱资源紧张。因此,高速率无线通信系统将逐步采用具有宽带可用频谱资源的毫米波频段(例如:Ka,V,E,W,D等频段)。D波段(110GHz~170 GHz)是具有60 GHz频谱资源的大气窗口频段,适用于高速率点对点无线通信系统。天线作为无线通信系统的最前端射频器件,其性能直接影响系统的整体性能,例如:辐射效率和有效增益。故,宽带高效率高增益阵列天线是高速率无线通信系统的关键射频器件。本文主要研究D波段宽带高效率高增益波导平板阵列天线。研究内容分为以下五个方面:1)探讨了毫米波平板阵列天线的设计流程,分为馈电结构分析和阵列天线分析两部分。依据提出的阵列天线设计流程,分析了D波段矩形金属波导传输线的基本馈电结构,为高增益波导平板阵列天线设计奠定了理论基础。基于馈电网络的基本馈电结构设计了典型结构,依据实物测试数据进行理论分析。验证了MEMS工艺(MEMS:Micro-Electromechanical System Technology)在D波段设计波导阵列天线的可行性。2)提出了一种低剖面宽带高效率线极化子阵列的设计方案。D波段宽带高效率线极化子阵列由宽带高效率同极化子阵列馈电网络和宽带高效集成喇叭组成,相对工作带宽为28.60%,带内有效增益大于15.68 dBi。最后,基于MEMS工艺进行了16 16单元宽带高增益线极化阵列天线的实物加工并测试分析,其工作频率范围为120.00 GHz~160.00 GHz,相对工作带宽为28.60%,有效增益在工作频带内大于31.4 dBi,带内辐射效率大于62.10%。3)提出了一种宽带高效率圆极化子阵列的设计方案。D波段宽带高增益圆极化子阵列基于宽带高效率正交极化子阵列馈电网络,宽带高效率互补移相器和宽带高效集成喇叭实现,工作带宽相对为28.57%,轴比相对带宽为28.57%,带内有效增益大于12.23 dBi。最后,基于MDBT工艺进行了16 16单元宽带高增益圆极化阵列天线实物加工及测试分析,其工作频率范围为128.00 GHz~149.00 GHz,相对工作带宽为15.16%。带内有效增益在工作频带内大于30 dBi,辐射效率大于65%,圆极化3 dB轴比相对工作带宽大于28.57%。4)提出了一种宽带高效率双线极化子阵列的设计方案。D波段宽带高效率双线极化子阵列基于宽带高效率双极化正交极化子阵列馈电网络和高效集成喇叭实现,相对工作带宽分别为14.29%和14.29%,带内有效增益大于14.00 dBi,输入端口之间的隔离度大于50.00 dB。最后,基于MDBT工艺进行了D波段16 16单元宽带高增益双线极化阵列天线进行实物加工并测试分析,其工作频率范围分别为126.90 GHz~150.22 GHz和126.90 GHz~151.25 GHz,相对工作带宽分别为16.83%和17.51%,输入端口之间的隔离度大于47.65 dB;带内最大有效增益大于27.31 dBi,交叉极化电平分别小于-33.24 dB和-40.56 dB。5)提出了毫米波高频段阵列天线的无相测试方案。无相测试方法基于金属平面反射面和金属二面角反射面,矢量网络分析仪测量阵列天线的性能参数。矢量网络分析仪基于单端口测量反射面的回波信号,防止天线位置偏移引入误差。同时,测试数据之间没有直接联系而杜绝不同测试状态的误差。D波段25 dBi标准增益喇叭的测试结果表明了无相测试方法的可行性,带内有效增益误差小于1.39dBi,交叉极化电平的精度达到-40 dB水平。无相测试方法成功地测量了D波段线极化阵列天线,圆极化阵列天线和双线极化阵列天线的性能参数。综上所述,本文进行了D波段波导平板阵列天线及无相测试方法的研究,分别探讨了宽带线极化,宽带圆极化和宽带双线极化阵列单元的结构实现;提出了修正的无相测试方法,用于毫米波高频段阵列天线的性能测试。