微波毫米波相控阵在军/民用雷达、卫星通信等无线系统中具有重要应用价值,低轨道卫星互联网成为6G通信布置的主要途径,波束扫描需求日益增加。但有源相控阵天线因其高昂成本、笨重体积、工作频率限制等问题在诸多应用场景受限,亟需低成本、小型化微波毫米波相控阵解决方案。液晶是一种介电各向异性材料,在外加电场作用下介电常数会连续变化;且随工作频率增加,液晶对微波的损耗无明显变化。将液晶作为电调介质应用在天线中可实现高频段的低成本、低功耗、小型化可重构天线。本论文对液晶相控阵天线进行了如下研究:第一,针对向列相液晶在Ka波段的基本特性与规律,研究液晶介电常数的非均匀性、各向异性、电磁特性。在施加不同偏置电压下,研究液晶分子结构、微波损耗、介电常数变化情况,等效介电常数建模与提取方法,建立液晶介电常数与偏置电压关系模型。最后研究基于孔径耦合的微带贴片相控阵天线理论。第二,针对半导体移相器成本高,移相精度低等情况,设计并加工一款Ka波段倒置微带液晶移相器,对液晶加载偏置电压改变液晶介电常数实现360°以上连续移相,探究移相量与偏置电压的关系。理论推导、数值仿真和实验测试验证该移相器的工程可行性,实现低成本、易集成、可批量化生产的液晶移相器。第三,设计集成液晶移相器的缝隙耦合天线单元,实现移相辐射一体化,代替相控阵T/R组件,将单元组阵,设计馈电网络、偏置网络和直流闭锁结构并级联一体化,加工一款Ka波段的8×8线极化液晶相控阵天线。通过数值仿真和实验测试验证该相控阵的有效性,利用波束控制算法和FPGA施加偏置电压,独立调控单元移相量实现±42°的二维波束扫描,相对工作带宽达20%,并验证其温度稳定性。整个天线厚度在1.5 mm以内,实现低成本、小型化的结构特点。第四,针对6G通信及K频段卫星通信领域需求,研发出一款高增益圆极化新型拓扑结构的K波段相控阵天线。改进线极化液晶相控阵结构,将馈电层与移相层分层便于偏置网络布局,设计高隔离度偏置网络,采用波导和微带级联的低损耗馈电网络,实现大规模阵列设计,最终设计并加工一款16×16的平面相控阵。实测增益高达23.87 d Bi,轴比最小1.1 d B,根据波控算法结合FPGA在方位360°,俯仰±50°范围内进行圆极化波束扫描,实现低成本,高增益,高可靠的K波段相控阵天线,在移动终端和卫星通信上有着巨大应用价值。