互补源辐射作为一类整合了电流辐射源和等效磁流辐射源的特殊辐射源类型,具备在紧凑空间内构造天线辐射特性的潜力。传统的互补源天线具有宽带,增益稳定等优点,但结构均较为复杂,且形式也相对固化。本文以传输线单模和多模设计的角度作为切入点,改造传输线实现互补源辐射。以微带传输线为开放型传输线的代表,分析了如何改造开放型传输线实现互补源辐射,并基于该理论实现了多款具有180?的半功率波瓣宽度的宽波瓣天线。同时将基于传输线结构的互补源辐射机制应用到以基片集成波导为代表的封闭型传输线上,验证了其在宽波瓣,后向辐射抑制等方面的潜力。进一步将互补源辐射机制从单模传输线应用拓展到多模复合传输线应用,提出了两种结构紧凑的多模复合传输线,并研究了其在多模端射互补源天线中的应用。本文以传输线单模和多模设计的角度作为切入点,改造传输线实现互补源辐射以设计高性能微波毫米波天线。主要研究可分为以下三个方面:1.基于单模开放型传输线的互补源阵列天线研究。以微带线为开放型传输线代表,研究了如何通过加载寄生单极子结构破坏传输线场分布的对称性以实现有效辐射。其中微带线部分可等效为磁流辐射源,寄生单极子辐射结构将表现为电流辐射源,形成正交的互补辐射源结构。基于正交互补辐射源特殊的单向辐射机制,本文从单元入手,逐渐过渡到阵列设计,以三款天线完整地诠释了加载寄生电流辐射源在拓宽天线带宽,设计宽波瓣辐射等方面的特殊优势。其一采用半波长的宽微带线为基础,在一侧加载寄生单极子结构形成特殊的端射天线。该天线结构紧凑且简单,带宽优秀;其二为在传统微带天线两侧各寄生一个单极子天线,形成两对互补辐射源,其中等效磁流源反相,而电流辐射源同相,从而两对互补源有着对称的倾斜波束,并合成宽波瓣波束,天线实现了超过180?的1-d B波瓣宽度性能;其三是通过在长微带线两侧以λg/2为间隔交替地加载寄生单极子,实现在H面的互补源级联组阵,有效提高了阵列增益,同时也在垂直于阵列剖面上实现了超过180?的半功率波瓣宽度的宽波瓣辐射。2.基于单模封闭型传输线的互补源阵列天线研究。一方面沿用了具有交替指向的互补辐射源单元实现宽波瓣辐射的机理,将基于微带线的宽波瓣互补源辐射方案拓展到了以基片集成波导（Substrate integrated waveguide;SIW）为代表的封闭型传输线上,实现了更加平滑且对称的宽波瓣辐射方向图,并且通过对电流辐射源的等效改造实现了宽波瓣互补源天线的平面化。基于SIW传输线设计的两款宽波瓣互补源天线均具有180?的半功率波瓣宽度,且相较于基于微带线的宽波瓣阵列案例,基于封闭型传输线方案的辐射方向图更为平滑,且辐射性能更容易调节,平面化设计也能有效提升了天线的可集成性。另一方面,针对平面化的互补源阵列天线,基于半模基片集成波导传输线提出了一种单层结构的平面互补源阵列天线,有效抑制了后向辐射,相较于同尺寸的传统腔体级联阵列天线,引入互补源辐射将天线前后比提升了20 d B以上。3.基于多模复合传输线的互补源天线研究。研究并分析了基片集成的多模复合传输线,并以其激励互补源辐射讨论了其在毫米波多模天线中的应用。基于TEM模和TE10模双模复合的传输线设计了一种毫米波双极化的端射互补源阵列天线。通过双模复合馈电网络,有效简化了双极化毫米波阵列天线馈电网络复杂的问题,并且高效的模式隔离也使得所设计的毫米波双极化阵列具有良好的端口隔离以及交叉极化隔离度。8阵元的线阵样件实现了26.9%的阻抗带宽,覆盖频段从24.3 GHz到32.5 GHz。测试结果表明了水平极化模式和垂直极化模式之间的端口隔离度超过36 d B,两个模式的交叉极化也小于-30 d B。在双模传输线的基础上,进一步提出了一种三模集成的基片集成复合波导,能在同频段支持TEM模、TE10模和一种特殊折叠的TE20模式同时传输,三种模式的场共享相同的波导结构。基于三模复合传输线构想了一种极化/方向图多样性天线,其中TEM模用于激励一种中空波束的辐射,TE10模激励垂直极化端向辐射而特殊的折叠TE20模则可以激励水平极化端向辐射。