随着通信系统的快速发展与升级,基于基片集成波导（Substrate Integrated Waveguide,SIW）技术的研究已经成为微波毫米波天线的研究热点。尤其是第五代移动通信系统（5G）已开始部署,研究应用更加关注毫米波,而毫米波频段高损耗的特点使传统的微带贴片天线满足不了相应天线设计的需求;同时,金属波导体积大、价格昂贵、加工不便的缺点也很明显。SIW技术的发展则既结合了微带结构低剖面、成本低、易于与平面电路集成的优点,又兼具传统金属波导低损耗、高功率容量等优点,具有较好的研究与发展空间。本课题的研究目的在于利用腔模理论来分析基于SIW的腔体结构,然后合理激发并使用其中模式,从各方面提升天线性能。论文的主要创新工作内容有:1、通过合理利用高次模模式的电场能量分布,设计了一款四缝隙阵列天线,提高单个天线单元的增益,相比传统基于TE₂₁₀模式的四缝隙天线阵列,该阵列天线无需额外的馈电网络,降低了损耗,提高了天线增益,同时加工制造也更为简单。2、分别设计了两款多模宽带天线。其中,在第一款宽带天线中,将四个模式合并到一起,使阻抗带宽提升至16.4%,且最高增益达到9 dBi;在第二款天线中,通过合理激励了天线的三个模式,得到了19.1%的阻抗带宽与9.67 dBi的增益;接下来,通过在第二款天线中引入差分馈电结构来改进天线性能,使方向图的辐射方向得到了修正,且带宽提升至22.2%,增益也提升至11.26 dBi;同时,在差分馈电结构的基础上引入折叠SIW结构,使天线的方向图副瓣减小了14 dB,并且利用模式的耦合引入了一个增益零点,增加了天线的滤波效果。3、先是设计了一款具有四个频点的多频天线,该天线激励了两对极化正交的线极化模式,且每个模式的频点都可独立调节,可应用到多频天线领域;此外,将所激励的两个腔体模式以及两个贴片模式分别合并,可以分别产生圆极化辐射波,形成另一款双频圆极化天线。