本文的研究内容主要包括中等增益天线和多频段共口径基站天线设计两个方面。随着第五代移动通信技术的发展,越来越多的小基站被用来实现信号间的无线回传。这种短距离通信的场景就要求回传天线具有波束偏转、波束扫描和多频化的性能,以实现无线信号的传输速率和信道容量的提高。不仅如此,随着第五代移动通信技术的出现,多代移动通信系统将共存于一个宏基站系统中。且不难预见,在未来将会出现第六代、第七代等与现存的移动通信系统共存的局面。因此,多频多天线共口径技术显现出了重要的研究意义,它被用来保证多个频段天线在保障各自性能的同时实现天线口径共用和节省多频天线的安装空间。本论文针对波束偏转短背射天线、波束扫描短背射天线、双频波束偏转Fabry-Perot（FP）谐振腔天线,以及多频段共口径基站天线设计展开深入研究,具体的研究内容包括以下几个方面:1.波束偏转和波束扫描短背射天线的设计与实现。通过研究短背射天线的工作原理,提出使用相位渐变超表面代替理想电导体（PEC）作为短背射天线的主反射器实现波束偏转的方法。在第一款波束偏转短背射天线设计中:首先,分析了相位渐变超表面改变天线波束指向的工作原理。其次,设计了一款非线性相位渐变的超表面,通过加载这款超表面不仅实现了波束的偏转,还降低了其旁瓣电平。最后,天线实物的测试结果表明该天线在10GHz处实现了 10°的波束偏转,并将天线的剖面高度降低至0.35λ0。在第二款波束扫描短背射天线设计中:首先,设计了一款反射相位可重构的超表面单元,该单元在两种工作状态下具有较大相位差。其次,将可重构超表面作为短背射天线的主反射器,通过直流偏置控制电路控制超表面的状态,实现波束从-10°到10°的扫描。最后,天线实物的测试结果表明,该天线在三种状态下均有7%的阻抗带宽满足|S11|＜-10 dB,同时在5.5 GHz处获得了13.8、13.9、13.5 dBi的增益和50.4%、50.7%、47.9%的辐射效率,并保持着0.39λ0的剖面高度。2.双频波束偏转Fabry-Perot谐振腔天线的设计与实现。通过对FP天线的工作原理、多频化设计原理和波束偏转设计原理的分析,设计了一款工作在C波段和X波段的双频波束偏转FP天线。首先,根据设计需求和等效电路分析,设计了一款单层双频段透射的部分反射表面（PRS）结构,它在7 GHz和12 GHz处的反射系数可由各自结构参数所调控。其次,使用人工磁导体（AMC）代替了PEC作为FP天线全反射表面（TRS）,用来调整两个频段的腔体厚度。最后,通过四组结构参数的仿真验证,该天线具有波束偏转的功能,且两个频段的波束偏转角度相互独立。并选择其中一组进行加工测试,实测表明,该天线在7 GHz和12 GHz处的波束指向分别为-16°和20°。测试结果与仿真结果保持一致,验证了双频波束偏转FP天线设计方法的有效性。3.基于频率选择表面（FSS）的多频段共口径基站天线设计与实现。通过将传统交叉偶极子天线设计成交叉频段的FSS,设计了两款多频段共口径基站天线。首先,与传统交叉单环偶极子天线相比,FSS型偶极子天线能够改善高频天线单元辐射性能。其次,设计和分析了一款覆盖了1.7-2.7 GHz、3.3-3.6 GHz和4.8-5 GHz三个频段的共口径天线。并通过加工测试验证表明,这个天线所实现的最小频率比为1:1.22,在|S11|＜-10 dB的条件下,阻抗带宽分别达到50.4%、14.9%和8.6%。接着,通过这种设计方法,设计了一个由1×4低频阵列和1×8高频阵列构成的多频段共口径天线阵列,验证了该方法在组阵情况下的有效性。最后,为改善第一款天线的阻抗匹配特性的不足,设计了一款宽频带双频共口径天线。通过加载FSS型寄生贴片引入新的谐振模式,改善了低频单元的阻抗匹配,实现了宽频带共口径设计。4.基于扼流结构的多频段共口径基站天线设计与实现。通过在偶极子天线振子臂上加载扼流结构抑制高频段的散射电流,设计了两款多频段共口径基站天线。首先,对比了加载扼流结构与未加载的低频单元的雷达散射截面（RCS）,验证了扼流结构抑制高频段散射的作用。其次,设计了一款加载扼流结构的条形偶极子天线,通过将高频单元放在不同位置进行仿真,结果表明该共口径天线各频段单元保持良好性能。并且经加工测试证明方法的有效性。最后,为了验证该方法可以灵活运用于各种形式的基站天线,以现有基站天线为基础设计了一款双频共口径基站天线。相比于原天线,在3.6 GHz处该天线实现了 21.8 dB的RCS缩减量。同时还通过加载寄生贴片使得其与平行双线结构组成容性结构,收窄了高频单元的波束宽度。将上述天线模型进行加工测试,结果表明该天线在|S11|＜-15 dB的条件下,覆盖了 1.69-2.9 GHz和3.15-4.15 GHz,并在工作频段内保持辐射方向图稳定。