随着第五代移动通信系统的陆续商用,2G/3G/LTE/5G多制式共存成为我国现阶段通信发展的主要趋势。同时,为了解决信道容量不足和信号覆盖盲区等问题,5G通信系统将采用由宏基站、微基站、皮基站和飞基站组成的异构网络进行基站部署,由此造成了通信基站的数量成倍增加,使得天面资源愈发紧张。多频双极化天线不仅可以同时实现多个频段工作,而且能够抵抗多径衰落的影响并提升系统容量,成为当前基站天线领域的研究热点之一。因此,研究面向5G移动通信的多频双极化基站天线及阵列具有极其重要的学术意义和工程价值。本文的主要研究内容如下:1.针对多系统共天线和天面资源紧张的问题,设计了具有宽频小型化特点的高低频天线振子。其中,高频振子通过采用环形偶极子、寄生贴片和金属柱的方案有效扩展了带宽并实现了小型化。测试结果表明,该天线在2210-3630 MHz的工作频段具有良好的隔离度(>30 d B)和稳定的方向图(65.5?5.5)等性能。同时,基于振子臂扩宽、切角和弯折的小型化方案,提出了一款辐射口径仅为140 mm?140 mm的碗状低频振子,其二元阵列在670-1080 MHz的宽频带内具有良好的辐射性能。2.针对5G宏基站中高低频振子波长间隔增大而难以嵌套的问题,提出了全新的紧凑型多频天线阵列设计方案。该方案将六个高频阵子按照两两一组的原则均匀分布在两个低频阵子的内部及其中间,并通过采用抬升高频阵子、加载缺陷地和金属挡板等方式,实现了较为良好的工作性能。仿真结果表明,该多频阵列在698-960MHz和2.1-3.8 GHz双频段内的端口隔离度分别大于22 d B和28 d B,水平面半功率波瓣宽度分别为65.95 4.45??和64.75 4.75??。3.针对多频天线单元存在的带宽不足和方向图不稳定等问题,设计了两款应用于5G微基站的双频双极化电磁偶极子天线单元。首先通过设计天线的辐射结构和馈电网络实现双宽频和双极化特性,其次创新性地引入容性负载来降低高频谐振点,最后针对天线存在的高频方向图不稳定等问题进行了优化设计。测试结果表明,该天线完整覆盖了4G的主要频段(2.3-2.7GHz)和5G的全部中频段(3.3-3.6GHz和4.8-5.0GHz),并在双频段内具有良好的端口隔离度和方向图稳定性。综上所述,本文提出的两种多频双极化天线设计方案符合当前基站天线的多频化、宽频化和小型化发展趋势,为面向5G移动通信的基站天线设计提供了部分参考和设计思路。