凭借快速的波束扫描,灵活的波束赋形能力,相控阵天线已经成为先进军事和商业应用中的关键技术。但是传统相控阵天线高昂的成本严重阻碍了相控阵天线技术在各个重要应用场景中的推广,例如卫星通信、5G通信等。如何实现低成本相控阵天线已经成为重要的研究议题。因此,本学位论文的目的是研究具有通用性的低成本毫米波相控阵天线方案,并对方案中涉及的关键技术进行展示和讨论。本文的主要内容如下:第一部分首先对比了当前相控阵天线的主要低成本方案,同时分析了有源相控阵天线的基本架构和各个组成单元。第一部分还对有源相控阵天线的主要组成单元和组成过程进行了成本分析,并提出了通过优化射频芯片架构和提高封装集成度以降低有源相控阵天线成本的研制思路。第二部分针对Ka频段卫星通信终端天线应用特点,提出了基于CMOS技术和PCB技术的超低成本平板相控阵天线方案。针对卫通终端大口径天线需求,提出了具有大规模可拼接特点的1024阵元平板相控阵天线架构。其次,针对终端天线圆极化可切换需求并结合多通道CMOS波束赋形芯片的性能特点,提出了单通道双圆极化架构。该架构避免了波束赋形芯片通道间互耦对天线单元轴比的影响,并满足了Ka频段卫通终端天线对圆极化可切换的要求。然后,本部分提出了平板式相控阵天线集成设计方案并展示了相关关键问题的研究结果。该方案在现有工艺限制下解决了多种信号的集成问题,同时实现了超低剖面相控阵天线。最后,本部分详细介绍并分析了发射平板相控阵天线和接收平板相控阵天线的校准以及测试结果。实测结果与预期设计基本一致。为了证明了该低成本方案的应用价值,本部分还给出了基于该相控阵天线的卫星通信实验结果。第三部分针对小型飞行平台的数据链组网应用,为了在有限口径内实现更远的通信距离,提出了基于GaAs技术和金属封装方案的K频段收发半双工36通道有源相控阵天线。一方面,为了满足紧凑的天线间距,提出了具有高集成特点的多功能多通道芯片架构。另一方面,提出了不同于传统封装方案的一体化封装设计。利用该方案既实现了相控阵天线的成本缩减,又满足了平台对天线剖面高度的严格要求。本部分还详细介绍了天线单元和关键无源过渡电路的设计。文中所介绍的超宽带微带过渡电路实现了DC至40GHz的工作范围,满足了大部分毫米波组件中的微带过渡需求。最后,本部分详细介绍并分析了K频段相控阵天线的测试结果,充分证明了基于GaAs技术的低成本相控阵天线的可行性。