开口波导天线具有结构简单、形状规则、方向图良好的特性,作为测量探头常被应用于近场天线测量系统中。现代高精度测量系统对测量探头天线的带宽、极化隔离度、方向图、隔离度等性能都有较高的要求,常用的矩形开口波导探头,具有方向图主瓣宽,口径小等优点,同时也存在带宽窄、端口匹配较差、单极化工作等不足。针对上述问题,本文主要研究双极化、宽带、高极化隔离度及高隔离度的开口波导天线,用作高精度平面近场测量系统的测量探头。本文使用圆开口波导天线来实现高性能开口波导天线设计。首先设计出了一款指数型反脊的圆开口波导天线,根据脊波导基础理论知识,分析脊开口波导的设计原理及最佳尺寸设计,通过特殊的四脊结构来拓宽开口波导天线的带宽。通过两组馈电探针差分馈电,实现了天线的双线性极化特性。分析多层轴向波纹结构对天线辐射性能的影响,通过多层波纹结构,提高频段内增益和方向图的稳定性。仿真结果表明,该设计天线工作在5.7GHz-12.3GHz频段内,两组极化端口驻波比良好,同时保持极化隔离度和端口隔离度40d B以上,增益在7.5dBi-10dBi之间,方向图波束宽度在60°-90°之间。在指数型反脊圆开口波导天线天线的设计基础上,设计了一款特殊脊线的小口径开口圆波导天线,对脊结构进行改进,优化脊曲线和脊结构,降低截止频率,改善了带内匹配特性,选择单层波纹结构实现探头天线小口径、低散射的需求。设计了一款差分输出的宽带功分器为小口径圆波导开口天线馈电。该开口圆波导天线工作在5.89GHz-12GHz频段,驻波比小于2,口面尺寸较小,极化隔离度和端口隔离度40d B以上,增益在6.8dBi-10dBi之间,方向图波束宽度在50°-90°之间。在天线的平面近场测量中,探头天线自身的辐射会对待测天线的测量结果产生影响,探头补偿是近场测量的必需步骤。针对上述设计的圆开口波导探头天线,分析含探头补偿的近远场变换理论,编写相应的MATLAB程序对设计的宽带双极化测量探头进行探头补偿,并将仿真数据和实测数据进行对比,从而验证探头补偿算法的有效性,使新探头能够更好地应用在平面近场测量系统中。