随着移动通信技术的发展,具有大容量、高质量优点的通信系统成为人们迫切的需求。为了满足广大用户对于通信质量日益增长的需求,工信部近期确定3300-3600MHz,4800-5000MHz以及毫米波通信频段作为5G通信频段。为了缓解基站天线选址困难、安装维护成本高的现状,现有的2G、3G、LTE等通信系统将与新颁布的5G通信系统一起共存于同一个天线中。因此,宽带化天线以及多频共存的共口径天线成为基站天线研究的热点。本文面向基站天线应用,从宽带化、共口径天线设计方面展开了研究,主要研究了以下内容:第一、提出了一种宽带双极化基站天线设计方法。在传统环形交叉偶极子的基础上,通过加载“(38)”型寄生枝节引入一个高频谐振模式,并且研究了寄生枝节的关键参数对阻抗匹配特性的影响。研究发现,当寄生枝节宽度逐渐增大时,单环交叉偶极子的两个固有模式和寄生枝节引入的高频谐振模式阻抗平稳趋近50欧姆,有效展宽了天线的工作带宽。最终所设计的天线在2.87-5.13GHz工作带宽内,实现了56.5%的阻抗带宽,实测隔离度大于23 d B。接下来基于所提出的宽带双极化天线,设计了一种应用于第四章中共口径天线设计的双极化天线,天线将用作共口径设计中的高频部分。天线在工作频段内实测匹配特性和的辐射方向图良好。第二、基于FSS技术提出了一种具有带通特性的双极化天线设计方法。首先设计了一种具有带通特性的FSS单元,并研究了关键参数对其通带特性的影响,最终设计的FSS单元在4.6-5.5GHz频段传输系数在1 d B以内。仿真结果显示,所设计的FSS覆层对工作在其通带内的天线具有良好的透射性能。然后应用所提出的FSS单元,设计了一种具有带通特性的双极化天线。天线辐射体由4×4阵列的FSS构成,由于FSS的带通特性,天线能够允许频率在FSS通带内的电磁波透过。天线在2.5-2.76GHz内实测回波损耗大于10 d B,两个极化端口的实测隔离度大于23 d B,实测辐射方向图稳定,将用作共口径设计中的低频天线部分。第三、首先基于上述所设计两种双极化天线,提出了一种新型共口径天线。共口径天线的低频部分采用基于FSS技术的双极化天线单元,2×2高频天线阵列放置于低频天线的辐射口径下方。通过合理应用FSS的通带特性,降低了低频天线对高频天线的遮挡效应。天线在2.46-2.78GHz和4.46-5.5GHz频段内回波损耗大于10 d B,两个极化端口的实测隔离度均大于22 d B,低频段和高频段辐射特性良好。接下来,对设计的共口径天线单元进行了组阵应用。阵列规模1×3,在低频段和高频段分别实现了15.6%和17.8%的相对带宽,实测同频隔离和异频隔离分别大于20 d B和27 d B,低频段和高频段水平面半功率波束宽度分别为69.5±1.5°和65.2±6.7°。