当今移动通信正快速发展,随着我国工信部向中国移动、中国电信及中国联通发布5G牌照的尘埃落定,标志着5G商用正式拉开序幕。由于移动通信系统在演进过程中是一个长期的过程,因此先前的2G/3G/4G在很长的一段时间内会继续被人们使用。由此移动通信系统的工作频段会越来越宽,性能要求也会越来越高。目前对基站天线最低的要求依然是它的工作频段需要覆盖2G/3G/4G(1710-2690MHz),考虑到天线的工作频带宽频化,传统的偶极子天线更加适合。为了提高通信容量和解决站址资源的匮乏,多波束天线的应用进入到人们的视野并向着民用领域靠近。基于上述背景,本文对于移动通信系统中双极化基站天线的小型化、宽频化和多波束基站天线展开了研究及设计。本文研究工作如下:1.以方形偶极子为基础,利用方形偶极子本身的特点,在结构上对它进行了向内折叠处理。有效的减小偶极子天线的横截面积,通过耦合馈电结构进行阻抗调节,实现了覆盖部分4G通信频段(2500-2700MHz)。2.对工作频段为2500-2700MHz的多波束天线进行了研究设计。通过理论分析和仿真确定了水平面和垂直面的参数需求,为了获得更好的电路性能和辐射性能,优化了组阵形式。设计了用于水平面赋形的3×5 Butler矩阵网络,实现了水平面三波束具有准确的波束指向;垂直面赋形采用一分三不等功分网络,能有效的抑制副瓣电平,且实现了垂直面预置下倾角。3.利用不同的馈电形式设计了两款平面双极化PCB基站天线单元。第一款通过在偶极子内部引入Y型枝节,在邻近工作频段的较高频处增加一个新的谐振模式,通过新谐振模式的引入扩宽了偶极子的阻抗带宽;第二款是在直线型偶极子的基础上采用差分馈电方式,在天线上方通过引入寄生金属贴片的方法,有效地扩宽了天线的阻抗带宽。这两款天线的带宽都能完整覆盖1710-2690MHz通信频段。