随着下一代通信系统（5G）通信协议标准的制定和频段规划的正式发布,关于5G相关具体应用技术的研究成为移动通信领域的研究热点。下一代移动通信系统对天线性能的要求越来越高,传统天线及阵列由于存在体积大、集成度低、功耗大等问题,很难适应日益复杂的电磁环境和应用场景。有源天线将射频有源电路直接与天线集成设计,相比于传统基站设备体积大为减小,可以有效降低系统损耗,提升系统性能,同时有源天线组成的阵列可以动态控制每个单元的幅度、相位甚至工作频率实现对天线辐射波束的灵活控制,还可以对垂直方向进行扇区划分,深度开发空间维度资源,利用空分多址技术充分提高现有低频段的频谱资源利用率。本文对在移动通信系统中极具发展潜力和性能优势的有源天线进行了研究。根据工信部正式发布的Sub 6G频段使用规划,3.3GHz³.6GHz和4.8GHz⁵GHz频段明确划分为5G低频段投入使用。本文首先对工作于3.3GHz³.6GHz的双极化天线进行设计。考虑到天线需要与射频收发链路集成,因此采用耦合馈电形式的微带天线。天线采用两个相互垂直的H形缝隙实现双线极化特性。这类双极化天线的两个缝隙通常需要进行偏移以避免交叉重叠,但这种偏移会带来天线辐射特性的恶化。为了兼顾缝隙空间排布和平衡馈电,文中利用对称分布的双馈点对辐射贴片进行激励。并设计了规模为2×2的阵列,可用于后续的大规模MIMO天线系统中。阵列相邻单元之间采用反相馈电以抑制TM₀₂模降低交叉极化,提高天线隔离度。接下来对有源天线的收发链路进行设计。经过对现有主流收发架构的比较,结合应用场景选择采用数字中频架构。根据有源天线的设计指标确定中频频率、模块指标分配及链路关键器件选型,并根据关键器件的技术手册进行链路预算分析。对收发链路中的低噪声放大器、混频器、可变增益放大器等进行了仿真设计。并根据设计对各个功能模块进行加工调试。模块实际测试结果表明各个功能模块性能基本符合设计指标要求。方便灵活的实现阵列波束赋形和波束指向控制是有源天线在下一代通信系统中的典型应用和关键技术优势。本文最后采用第三章中设计的缝隙耦合微带天线单元组成规模为8×8的等间距矩形平面阵,采用智能优化算法对阵列进行方向图综合,对有源天线在移动通信系统中的性能进行模拟验证。在进行方向图综合的过程中采用了有源方向图提取的方法来确保阵列的方向图综合包含阵元互耦信息,使阵列综合的结果与实际更为吻合。