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天线是移动通信、卫星通信、雷达、导航等系统的重要组成部分。考虑到系统的小型化、多频段、多功能的发展趋势，集成天线得到越来越多的研究和应用。本文主要围绕基片集成宽带天线和多频段多极化天线开展研究，论文的主要工作如下: 第一章提出了一种易于平面集成的Q波段双模宽带贴片天线单元以及基于基片集成波导（SIW: Substrate Integrated Waveguide）技术的2×2宽带阵列。首先，在传统的贴片天线基础上，通过加载感性通孔和容性环形槽，引入了一个新的频率独立可控的谐振模式，进而将天线带宽由6.9％展宽至12.4％。其次，通过引入一个互感，改进了同轴馈电贴片天线传统的等效电路，进而为该双模天线单元建立了等效电路模型。最后，为了提高天线增益，设计了基于SIW技术的2×2阵列。测试结果表明，天线阵列的阻抗带宽（回波损耗小于-10 dB）达12.7％、2 dB增益带宽达13.95％。该部分研究成果已经在国际会议ISAP2013上发表。 第二章基于单层印刷电路板(PCB: Printed Circuit Board)工艺，提出并设计了一种Q波段宽带圆极化天线单元以及阵列。首先，将双馈圆极化技术和SIW技术结合，提出了一种新的毫米波宽带圆极化天线单元。该天线单元轴比和阻抗带宽达20％以上(38GHz-47 GHz)。其次，提出了采用二阶感性窗匹配的方法，将该天线单元的1 dB增益带宽由3 GHz展宽至9 GHz，而轴比和阻抗带宽几乎不变。最后，分析了由双馈的双极化贴片阵列天线设计的圆极化天线阵列的带宽特性，并在此基础上，通过适当在传统的SIW耦合器中引入TE30模，设计了具有轴比误差补偿功能的新型SIW耦合器。最终该圆极化天线阵列的实测阻抗、轴比、增益带宽均达约20％，峰值增益达12.35 dBic。该部分工作已投稿至IEEE Trans.on AP。 第三章针对通常采用单馈点圆极化单元设计的顺序旋转阵列(CP-SRA)增益带宽受限的问题进行了研究:1）导出了包含单元极化特性的顺序旋转阵列(SRA)阵因子的理论解析公式，分析了单元极化特性对SRA阵因子的影响;2）分析了由具有不同极化特性的天线单元组成的SRA的阵因子的频率特性，指出了对于用单馈点单元设计的SRA，阵因子的峰值和带宽是一对矛盾;3）提出采用椭圆极化单元设计阵列，以在增益的带宽和峰值之间进行不同程度的折衷，从而为设计提供了更大的自由度。实际上，常规的CP-SRA和LP-SRA（由线极化单元设计的SRA）是本章中提出的EP-SRA（由椭圆极化单元设计的SRA）的两个特例。本章的设计实例表明，相对于CP-SRA，EP-SRA的增益峰值减小了0.8 dB，而1 dB和3 dB增益带宽分别增加了114％和76％。该部分工作已投稿至IEEE Trans.on AP。 第四章提出了一类结构紧凑的双频双极化、圆极化、以及三频三极化的新型天线。首先，通过同时激励三角形环的两个正交模式，实现了频率比可以连续调节的双频双极化天线和圆极化天线;其次，利用三角形环圆极化单元结构紧凑的优点，实现了实测副瓣电平低于-20 dB的2×2宽带圆极化阵列;最后，通过同时激励一对三角形环，实现了在三个频段分别辐射水平极化波、45°极化波和垂直极化波的小型化天线单元。制版加工的120°三角形环（用于双频双极化天线）和75°三角形环（用于圆极化天线）的尺寸分别仅为常规三角形贴片天线的28.2％和65.5％。而三频三极化天线的尺寸仅为0.28λ0×0.28λ0×0.04λ0，λ0为8.38 GHz时的自由空间波长。本章中关于双频双极化和圆极化单元和阵列的工作将在IEEE AWPL上刊出;关于三频三极化天线的工作已经投稿至IEEE AWPL. 第五章提出、分析并设计了基于双模三角形环槽的SIW背腔双频段45°线极化和圆极化天线。首先，提出了双模三角形环槽结构，并采用谐振在最低模式的SIW腔激励起其两个谐振模式（槽模式和贴片模式），从而实现了频率比覆盖范围宽达1.16至1.74的双频45°极化的低轮廓天线。其次，借助于等效电路模型，深入分析并揭示了三角形环槽的槽模式、贴片模式以及SIW腔模式三者之间的互相作用，并用全波仿真进行了验证。最后，通过采用SIW耦合器为一对45°极化三角形环槽天线提供正交激励，实现了频率比仅为1.26的双频圆极化天线。实测结果表明，该双频段圆极化天线在9.5 GHz和12 GHz两个工作频段阻抗、轴比以及增益的重叠带宽分别达10％以上和5％以上。该部分工作已投稿至IEEE Trans.on AP。