随着5G通信技术的飞速发展,无线通信系统对天线的性能也提出了近乎苛刻的要求。高效率、宽带、高增益、低剖面、多功能已经成为现代毫米波天线的发展趋势。蓬勃发展的移动互联网应用市场,要求作为射频前端的天线在尽量不影响天线辐射性能的前提下,既在尺寸上做减法,又在功能上做加法,从而满足各类应用场景下对于移动性和功能性的需求。因此,本论文在现有小型化天线设计方法的基础上,针对现有设计方法存在的结构复杂、带宽窄、小型化程度不够等局限性,对两大类天线,即线型端射天线和超表面天线的小型化多功能设计开展了深入的研究工作。本论文的创新性主要以论文的发表和专利的申请来体现,主体内容可以概括如下:1.基于寄生条带容性加载的低剖面端射天线的研究a)基于寄生条带加载的低剖面偶极子天线研究:针对加载金属反射面的偶极子天线,分析剖面降低对偶极子天线性能的影响。首次提出结构简单的寄生条带加载的低剖面偶极子天线,并对加载的寄生条带相位补偿作用进行了详细的分析。此外,该小型化设计方法还被拓展应用于低剖面方环天线的设计,验证了该方法在不同类型线型端射天线低剖面设计中的有效性。这部分研究成果已在IEEE Transactions on Antennas and Propagation期刊上发表。b)基于交指型寄生条带加载的小型化八木天线研究:为了满足宽带和平面化的天线应用需求,通过在印刷八木天线中加载交指型寄生条带的方法来降低天线的剖面,实现结构简单的平面小型化八木天线设计,并且满足天线剖面和带宽之间的良好平衡。这部分研究成果已在IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters期刊上发表,并申请了一项发明专利。2.基于对称支节容性加载的超表面单元小型化方法研究a)基于对称支节容性加载的低剖面小型化超表面天线研究:首先分析超表面单元的基本特性以及超表面结构在天线中的应用优势,针对超表面天线与微带天线相比尺寸过大的问题,首次提出对称支节容性加载的超表面单元小型化方法。以方形超表面单元和切角型超表面单元为基础,通过对称支节加载分别设计了线极化和圆极化的小型化超表面天线,经过实物加工测试,证实这两种小型化超表面天线可以在较宽的工作带宽范围内具有良好的辐射性能,使之更易于后期天线阵列的设计。这部分研究成果已在IEEE Transactions on Antennas and Propagation期刊上发表。b)特征模理论在超表面天线设计中的应用研究:针对提出的小型化超表面天线,基于特征模理论,对不同类型的超表面阵列以及馈电缝隙的固有模式进行分析,对这些超表面天线的辐射原理进行详细的解释。此外,根据特征模分析得到的表面电流分布,进一步优化超表面天线的结构尺寸、馈电位置和馈电结构设计。3.基于开关馈电网络加载的多功能天线研究a)基于二极管开关加载的小型化方向图可重构八木天线研究:从寄生条带加载的低剖面八木天线出发,研究改变反射器的电长度对辐射单元辐射特性的影响,结合二极管开关网络,设计可以通过开关切换获得的水平方向上的8波束扫描,并且每个波束都可以保持较高的辐射增益。这部分研究成果已IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters期刊上和2015 International Computational Conference on Electromagnetics（ICCEM 2015）上发表。b)基于十字缝隙馈电的小型双极化超表面天线研究:针对5G通信基站天线的小型化、高增益、双极化等应用需求,设计双层结构的小型化超表面单元,结合交叉十字缝隙同层馈电的形式,设计高效率、高端口隔离的小型双极化超表面天线。对天线的两个端口进行馈电可以分别产生水平极化和垂直极化辐射。进一步,将提出的双极化超表面天线单元扩展到1×4双极化超表面天线阵列,该阵列可以在保持低剖面的结构下获得更高的增益以及更好的端口隔离。