随着第五代移动通信的来临,高性能5G天线的设计迫在眉睫。由于5G通信在宽频段内需要实现更宽的覆盖范围,因此会导致不稳定或低增益缺陷;此外,由于5G天线体积减小,但却要实现稳定的远距离的高速传输,因此小型化高增益成为5G通信天线的另外一项重要特征。如何让5G天线具备宽覆盖面、高增益性能,是第五代移动通信天线首先要解决的问题。本文针对5G天线如何实现宽覆盖面、高增益特征进行研究,对5G基站和室分天线都做了探讨,以满足5G通信的要求。在实际应用中,天线一般利用H面进行宽辐射覆盖,E面使用场景较小。因此,本文所讨论的宽覆盖面,仅局限于天线的H面,即与天线辐射磁场矢量相平行的面。本文针对上述的5G天线的宽覆盖面、高增益的特征,进行了较为深入的原理研究及方案设计。论文首先介绍了5G通信天线的研究背景和意义,并对国内外研究现状进行阐述,紧接着给出了相关的基本理论,并对两款天线从结构原理到分析设计再到测试验证总结进行详尽阐述分析,最后给出了总结展望。主要研究的天线简要内容如下:第一款是集宽H面、三线极化、频率可重构于一体的磁电偶极子天线。这款天线通过将天线贴片弯曲巧妙地实现了天线宽H面性能,增加天线的定向覆盖范围。在5G通信频段范围内,该天线超宽的覆盖范围可达到160度,是普通天线覆盖范围的两倍。采用十字交叉馈电结构,用单端口馈电方式就巧妙地实现了双端口馈电的功能,有效地避免了双端口馈电的缺陷。其馈电结构的创新性体现在其两个支臂的二极管上,通过控制外接直流偏置电压来控制PIN二极管的通断,实现三线极化的转换;改变偏置电压来改变变容二极管的容值,实现频率可重构。第二款是集宽频、低剖面、高增益、低不圆度于一体的5G双极化室分天线设计。该天线仅用两个单天线就实现了上述性能。该天线水平极化部分通过引入寄生贴片展宽带宽,引入引向单元提升增益,通过特殊且美观的“花瓶状”结构实现低剖面和低不圆度特性。经最终实测,该天线水平和垂直极化相对带宽分别为42.8%(3.3-5.1GHz)和89.2%(2.3-6.0GHz);剖面相对高度为0.23λc;水平和垂直极化增益分别为1-3.2dBi和3.9-7.0dBi;水平极化和垂直极化不圆度分别小于1.49dBi和1.05dBi;交叉极化小于-24dB;隔离度大于27。这款天线引入了多个创新点,并将这多个创新点完美地结合到一款天线上,形成了多功能、大潜在应用价值的5G双极化室分天线。以上述研究为基础,探索兼备宽覆盖面和高增益的5G天线理论及设计指导方法,以推动5G通信的快速发展。