随着移动通信技术发展,相控阵天线因其具有波束捷变、合成和分解等能力,使之成为5G毫米波通信的关键技术之一。但是毫米波相控阵天线面临波束扫描范围窄、扫描增益下降等问题,因而改善毫米波相控阵扫描性能成为近年研究的热点。针对相控阵天线存在的性能局限和技术瓶颈,在国家自然科学基金面上项目“面向5G应用的毫米波宽角扫描相控阵封装天线研究”资助下,本文对天线波束展宽方法、阵列去耦、宽角扫描相控阵的设计方法展开了深入的研究,主要包括以下几个部分:1.提出了一种基于垂直电壁加载宽波束天线单元的宽角扫描相控阵天线。以微带贴片为辐射主体,提出了基于垂直电壁加载的波束展宽方法,即通过在E面加载弯折垂直电壁,引入单极子的水平指向波束,从而展宽贴片天线的波束宽度,实现了3dB波宽大于108°的宽带宽波束天线单元。在此基础上,利用具有禁带特性的开口谐振环作为去耦结构,设计了1×9宽角扫描相控阵天线,扫描范围可达±62°,增益波动在3dB以内。2.提出了一种基于45°极化宽波束天线单元的宽角扫描相控阵封装天线。结合垂直电壁加载的波束展宽原理,提出了45°极化天线的波束展宽方法,即通过改变垂直电壁的位置来增大波束宽度,并采用单端和差分两种馈电方式,设计了在水平面和垂直面波束均被展宽的45°极化天线单元,其中差分馈电可改善方向图对称性。在此基础上,采用LTCC封装工艺实现了4×4相控阵天线,实测验证了±55°的宽角扫描性能,且增益波动在3dB以内。3.提出了一种基于单磁流宽波束天线单元的宽角扫描相控阵天线。从贴片天线的辐射机理出发,提出了基于单磁流的波束展宽方法,即通过将贴片一辐射边短路接地,使其由原本的双磁流演变为单磁流辐射,在小型化的基础上展宽贴片天线的波束宽度。同时加载寄生贴片增大带宽,设计了可覆盖23.3～28GHz且波宽大于140°的宽波束天线单元。在此基础上,引入耦合抵消路径,设计了4×4毫米波相控阵天线,隔离高于20dB,扫描范围可达±62°,增益下降在2dB以内。