随着无线通信技术的飞速发展,目前全球已处于4G系统规模商用阶段。然而,4G系统的标准已无法满足人们对于更高数据传输速率的需求。因此,5G成为当前移动通信产业的关注焦点。面向2020年及未来的5G系统研发正在全球范围内如火如荼地开展。未来的5G系统将着眼于全频段,即不仅局限于低频段(6GHz及以下频段),也将考虑高频段(毫米波频段)。天线作为移动通信的前沿神经系统,其研究与设计对移动通信起着至关重要的作用。而5G终端作为5G商用的基础模块之一,5G终端天线的设计必将成为5G部署的重要环节之一。鉴于此,本文对可应用于5G终端的天线进行了研究与设计。首先,本文对多输入多输出(Multiple-Input Multiple-Output,MIMO)手机天线的设计基础以及相控阵天线的设计原理进行了研究。对手机天线设计中经常采用的天线类型进行了分析。对MIMO手机天线设计中经常采用的去耦合方法进行了研究总结。对相控阵天线的工作原理进行了阐释。其次,针对5G低频段,设计了4款5G手机天线。这4款天线均工作在3.5GHz,可以实现对3.4-3.6GHz频段的覆盖。第一款天线采用8个L形单极子缝隙单元。通过优化缝隙参数和馈电线结构,可将天线净空减小到1.5mm。该天线结构简单且净空小,适用于现在的宽屏手机。第二款天线采用L形单极子缝隙单元和倒F天线(Inverted F-shaped Antenna,IFA)单元两种单元结构,组成混合型天线。利用两种单元不同的辐射机制,提高了天线的隔离度。第三款天线采用8个IFA单元,利用正交极化以及中心对称结构提高了单元间的隔离度。第四款天线和第三款天线结构相似,不同的是将单一的IFA单元换成L形单极子缝隙单元和IFA单元两种单元结构,隔离度可以达到12.5d B以上。最后,针对5G高频段,设计了2款相控阵手机天线。这2款天线均工作在28GHz,可以实现对27-29GHz频段的覆盖。第一款天线是一款8单元一维线性相控阵天线,天线单元采用印刷偶极子天线。将天线单元按一定的间距合理排列,形成一维线性相控阵,最终实现宽角域波束扫描。第二款天线是一款可以对空间进行360波束扫描的天线阵。该天线阵由四个一维线性相控阵组成,其中三个线性阵采用的天线单元为耦合馈电的矩形贴片天线。这三个线性阵两两正交放置在地板顶部,可实现在前、上、下三个方向上的波束扫描。第四个线性阵采用的天线单元为偶极子天线,该线性阵放置在地板底部,用来覆盖后方空间。本文针对5G低频段和高频段所设计的手机天线,其在带宽、隔离度、效率、增益等指标方面均满足设计要求。