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随着通信技术的不断发展,第五代移动通信技术(5G)的商用已经近在眼前。作为移动通信中最为重要的功能组件,面向5G通信应用的手机天线与基站天线的技术研究与设计成为近年来的热点。纵观国内外5G天线的研究现状,以及大规模MIMO阵列(Massive MIMO)技术的相关要求,面向5G移动通信的天线应具有高增益、小型化、宽频段及高隔离度等技术特征,以满足5G通信的高传输速率、波束智能赋形、波束能量聚集等功能。根据国家工信部的最新规定,5G移动通信的中频段被划定在3.3 GHz-3.5 GHz及4.8 GHz-5.0 GHz;在5G预商用的初始阶段,4G移动通信以及Wi-Fi,WiMAX等目前广泛应用的移动通信方式不会立即退出市场,因此研究一款可以同时兼容5G频段及现存常用通信频段(Wi-Fi/WiMAX)的宽带天线及阵列具有十分重要的意义。基于以上应用需求,本文提出并设计了一款可以同时支持5G微波频段及Wi-Fi/WiMAX频段,工作在2.4-3.5 GHz的小型化单极子天线及其阵列,并针对5G通信对于天线及阵列的技术要求对本文设计天线的性能进行了深入研究与讨论。本论文主要的研究工作及创新贡献如下:1.介绍了应用于5G通信的天线相关背景、关键技术、指标要求;结合单极子天线及共面波导天线的基础理论,设计了一款可覆盖5G中频段及WiFi/WiMax频段的平面单极子天线,对该天线的仿真及测试结果进行分析,并研究了加载金属背板对该天线相关性能的影响;最后经测试,该天线的带宽达到了2.4-3.5GHz,增益大于1dBi。2.针对上述共面波导(CPW)馈电平面单极子天线尺寸偏大等不足,提出了天线小型化的具体实现方法,详细分步骤地研究单极子天线小型化设计过程及其对天线性能的影响;给出了工作在相同频段的,采用同样馈电方式(CPW)馈电的小型化平面单极子天线的仿真及测试结果,测试结果显示,工作带宽为2.35-3.55GHz,增益达到了1dBi;并研究了小型化之后的天线加载金属背板对于该天线相关性能的影响。3.介绍了一种可用于5G移动通信阵列天线的去耦合方法,并以上述加载有金属背板的小型化天线为基础,组成面向5G移动通信应用的2 4阵列,研究了该阵列在采用去耦合技术前后的不同阵列性能结果;该天线的测试结果显示,其工作带宽达到了2.05-3.5GHz,总增益大于12dBi。本文所设计的天线及阵列,在带宽上实现了覆盖了5G中频段及WiFi/WiMax频段,在增益上实现了单天线大于4 dBi,阵列增益大于12 dBi,且阵列天线隔离度大于15 dB的性能,符合5G移动通信中频段的天线设计要求,且对于现有的常用无线通信频段具有良好的兼容性。本文对于面向5G移动通信的天线所进行的一系列研究和设计,在考虑到天线需要具有良好的Massive MIMO波束赋形所需的高增益,高隔离度的特征的同时,也考虑到了5G通信及现有通信之间必不可少的过渡,因此,具有十分重要的价值和意义。