随着移动通信技术的快速发展,低频段已没有足够的带宽可使用,毫米波以更宽的带宽、更高的传输速率等优势成为了研究热点。低温共烧陶瓷（Low temperature cofired ceramic,LTCC）可以将多个器件高度集成在多层介质板中,符合毫米波频段电子产品高精度与小型化的设计要求,基于LTCC工艺加工的基片集成波导（Substrate integrated waveguide,SIW）解决了微带传输线在毫米波频段损耗较大以及传统介质波导体积较大,不易集成的问题,得到了广泛应用。本文基于以上背景进行设计,主要内容可以被概括为以下几个方面:首先,介绍了LTCC毫米波多波束阵列天线的国内外研究现状,给出了SIW传输结构的设计原理和设计步骤以及LTCC的工艺特点和加工流程,为后续的设计工作奠定了理论基础。然后,基于LTCC工艺设计了一款小型化一维毫米波多波束阵列天线。引入了一种通过偶数次折叠抵消引入的额外相位差的设计方法,对基于E面3d B定向耦合器设计的双层8×8 Butler矩阵进行了两次折叠处理,总体尺寸减少了50%以上。将折叠Butler矩阵与1×8线性均匀排列的多层寄生贴片阵列天线级联,实现了8个扫描波束,波束覆盖角度可达±58°。最后,基于LTCC工艺设计了一款小型化二维毫米波多波束阵列天线。在设计中提出了一个由多层寄生贴片天线单元组成的2×4均匀面阵。该阵列天线的馈电网络由两组小型化4×4 Butler矩阵和4个H面3d B定向耦合器构成。4×4 Butler矩阵的尺寸较传统的单层设计减少了50%以上。由于其输入端口分别位于两层介质板中,因此二维波束成形网络中的4个定向耦合器可以完全集成在天线阵列下方,从而可实现二维毫米波多波束阵列天线整体的小型化设计。该天线可在两个维度上实现8个波束的半空间二维扫描,天线波束增益均在10.8d Bi以上,与一维波束扫描相比,二维扫描可以实现更灵活的波束变化与更高的波束分辨率。