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微波毫米波反射阵与透镜天线在通信、雷达、射电天文、全息成像等领域发挥着越来越重要的作用,研究和开发具有高增益、高定向性、低剖面、平面集成的反射阵和透镜天线有着重要的理论和现实意义。传统反射面、透镜等高增益天线及其馈源多采用三维立体的结构实现,因此如何实现高增益(如高于30dBi)天线和馈源的平面小型化设计成为当前的研究热点。此外,作为独立元件的馈源、反射阵、透镜等的损耗对系统整体性能的影响较大,设计低损耗的独立元件并实现独立元件在天线系统的高效率集成是反射阵与透镜天线研究的另一个挑战性课题。本文利用基片集成波导(Substrate Integrated Waveguide, SIW)和基片集成同轴线(Substrate Integrated Coaxial Line, SICL)技术设计了一系列微波毫米波平面小型化馈源天线、转接器和滤波器等,并采用馈源与反射阵/透镜天线的协同设计,实现了多种具有较高增益和效率的平面反射阵和透镜天线。论文的主要工作如下：第一章研究了毫米波高性能平面小型化馈源的设计。提出并实现了2×2平衡馈电的SIW平面缝隙阵天线,有效地提高了阻抗带宽、天线方向图的对称性和稳定性。提出并实现了SIW背腔馈电的堆叠式贴片阵天线,其封闭性较好、天线单元互耦低且具有较宽的阻抗带宽,非常适用于下一代无线通信大规模多输入输出(Massive MIMO)的应用。提出并设计了THz硅基微机械加工(MEMS)的平面喇叭天线,采用亚波长深度的寄生缝隙加载阶梯型喇叭天线,提高了天线的增益和阻抗带宽。以上馈源天线的设计均是根据集成反射阵和透镜天线的整体性能所完成的。测试和仿真结果验证了设计方法的正确性。本章部分内容已经在国际核心期刊LEEE Trans. on AP上发表。第二章研究了毫米波平面反射阵天线的集成化设计。文中详细阐述了基于相移表面的平面反射阵的工作原理和设计基础,提出了反射阵量化相位误差的分析方法,并研究了相位误差对反射阵性能的影响。在此基础上,设计了几种高增益的毫米波折合式反射阵天线。主要内容有：利用定制的角锥喇叭作为馈源,实现了高增益、高效率的折合式反射阵天线；提出了与平面馈源一体化集成的折合式反射阵天线的概念,利用2×2的SIW平面缝隙阵取代喇叭作为馈源进一步降低了折合式反射阵天线的厚度,并采用馈源与反射阵协同设计的方法有效地提高了天线整体的性能,实验结果验证了设计方法的正确性；结合表面硅和体硅基MEMS工艺提出了一种反射阵与馈源一体化集成的THz折合式反射阵天线,仿真结果表明该天线具有良好的增益和波束特性,该方案解决了THz高增益天线的高精度平面集成的问题。本章部分内容已经在国际系列会议Int.Symp. Antennas Propag.(ISAP)上发表,并获得了ISAP’2013最佳学生论文奖。第三章研究了毫米波平面透镜天线的集成化设计。文中详细阐述了基于相移表面的平面透镜的设计方法,引入了相位误差的概念分析透镜的扫描特性,提出了超薄透镜具有更好的线性扫描特性的思想并进行了仿真验证。在此基础上,针对28GHz MIMO通信的应用需求,利用金属谐振型相移单元设计并实现了薄的双层平面透镜,提出了透镜加载的七单元阵列的平面集成结构实现了大角度、高增益的空间波束覆盖,实验结果验证了设计方法的正确性。针对45GHz长距离点对点无线通信的应用需求,提出并设计了单层介质过孔透镜加载的喇叭天线,仿真结果表明该设计在不增加喇叭厚度的前提下,有效地改善了喇叭的增益和方向性。本章部分内容投稿至IEEE Trans.on Ap。第四章研究了一种带有极化扭转功能的角反射阵。90°角反射器作为一种宽覆盖范围、高雷达散射截面(RCS)的方向回溯天线在雷达、卫星、无线功率传输等领域有着重要应用。为了提高系统的极化隔离,需要实现一种带有极化扭转特性的角反射器,但极化扭转特性并不天然的存在于任何金属表面。为此,本文提出了一种极化栅-极化扭转反射阵的结构来完成方向回溯和极化扭转的双重功能,并在25.5GHz汽车雷达的应用频段上进行了实验,验证了设计方法的正确性。本章内容投稿至IEEE Trans.on AP。第五章研究了基于基片集成同轴线(SICL)的高性能无源器件。文中分析了基于多层印刷电路板(PCB)工艺的SICL的场模式和传播特性。分别在0-20GHz、30-50GHz、75-110GHz的频段内提出并设计实现了SICL与微带、共面波导、金属波导之间的转接器。提出了一种基于SICL技术的半波长谐振腔,利用组合SICL带通、带阻谐振腔的方法提出并实现了SICL单通带、双通带和三通带带通滤波器。实验结果表明宽带和紧缩尺寸是SICL器件的两大突出优点。SICL技术为高性能无源器件与有源器件的平面集成提供了一个新的解决方案。本章部分内容已经在Microw.Optical Techn.Lett.国际核心期刊和IEEE APMC’2014国际核心会议上发表。