目前,以LTE(LongTermEvolution，长期演进)为技术标准的4G(TheForthGenerationMobileCommunication，第四代移动通信)通信网络处于与2G(TheSecondGenerationMobileCommunication，第二代移动通信)、3G(TheThirdGenerationMobileCommunication，第三代移动通信)并存阶段。移动通信业务分配的频段较多，频段分布范围较广。如何在空间受限的情况下，实现移动通信基站天线和移动终端天线对这些频段高质量覆盖是4G通信的关键技术。目前，移动基站天线通常采用工作于不同频段的多副天线进行组合的方案，移动终端内部通常采用多辐射单元集成设计的方案。致使天线系统存在较小空间内天线间干扰引起的辐射盲区、工作于不同频段时增益差异较大、安装及后期维修成本增加等问题。所以，设计适用于4G通信系统的多频段、多制式、单辐射单元天线具有重要意义。
　　论文针对4G通信系统宏基站、室内分布系统及移动终端三类平台上的天线进行了一系列创新设计。主要研究内容和创新点包括以下几个方面：
　　1、利用端口不平衡匹配引起的泄露电流在折叠成四分之一波长的结构中辐射相消机理，设计了两款紧凑型巴伦(balun)。两款balun都为微带结构，频带较宽，制作简单，可以用于同轴线与天线臂异面的偶极子天线之间不平衡-平衡转换及阻抗匹配，实现适用于4G通信的多制式共口径小型化天线。
　　2、在本文balun构建的双频带偶极子天线中，将天线臂开路端阶梯形赋形，实现辐射电流多路径，展宽天线主频带。再利用加载电容，实现频带迁移。设计了一款尺寸仅为49mm×34mm×1.6mm，可覆盖TD-LTE制式全频段的单辐射单元移动终端天线。
　　3、设计了一款微带-缝隙-微带偶极子天线。设计中利用缝隙-微带之间的耦合使天线辐射臂获得平衡馈电。设计哑铃形缝隙、哑铃形微带辐射单元及阶梯形馈线，实现了天线的超宽带。该天线仅有一个辐射单元，工作频带可以覆盖除2G通信的GSM900，及CDMA制式对应的业务频段外2G、3G、4G、Bluetooth及WLAN所有的业务频段。天线尺寸仅为52mm×18mm×1.6mm，可以作为移动终端内置天线。
　　4、设计了一款室内分布系统全向吸顶天线。设计中利用单极子辐射臂赋形及曲流技术，实现了天线的超宽带，可以覆盖3G、4G、WLAN全部业务频段及2G部分频段。该天线只有一个辐射单元，克服了其它室分系统多天线组合引起的辐射方向性差、增益不稳定等问题。在模拟建筑物内部背景下的仿真结果表明该天线的电性能较好。
　　5、设计了一款壁挂式4G室分系统定向天线。该天线的振子双臂异面，使结构尺寸更加紧凑。基于八木天线的设计理念，在天线中设计了4个引向器，实现高增益。在模拟建筑物内部环境中的仿真结果表明有良好的辐射特性。
　　6、利用媒质介电常数变化对其中电磁波波长的影响，通过介质块滑动引起的等效介电常数变化，设计了一种移相结构。在此基础上，实现了适用于4G通信的阵列天线辐射方向的智能调节。在该设计方案中，天线阵列对介质块滑动磨损容差较大，能有效提高移相器的寿命，降低运行成本。