5G移动通信系统不仅是高速率、低时延、多设备接入等空口技术的反映,更是面向业务应用和用户体验的智能网络演进。在高速率、高密度数据传输需求的推动下,无线通信系统需要具有更充裕的信道容量和更高的频谱利用率。而智能终端设备功能的不断丰富要求作为信息交换关键组件的天线系统不断升级。为了顺应终端设备的发展潮流、提升无线通信系统的信道容量和频谱利用率,本文分别针对Sub-6GHz频段和毫米波频段设计了多款适用于5G移动终端的天线。首先,针对MIMO天线单元间强烈的电磁耦合问题,本文采用耦合馈电的Loop天线和单极子天线,基于扼流与对消的思想设计了三款工作于3.5GHz频段(3.3GHz-3.6GHz)的多单元MIMO天线。在使用Loop单元设计的MIMO天线中,采用地板缝隙与中和线结构不同的去耦机理实现了多单元的去耦设计,最终获得了15d B以上的隔离度;在采用单极子设计的MIMO天线中,先利用折叠技术与立体结构布局实现了单元的小型化设计,再结合缝隙结构与寄生枝节降低了单元间的耦合。最终结果表明,所设计的三款MIMO天线,单元的-6d B阻抗带宽均覆盖了3.5GHz频段,单元间具有良好的隔离性能,ECC小于0.3。因此,本文所设计的多单元MIMO天线很好地提升了MIMO天线的隔离度和天线系统的信道容量,可作为5G移动终端天线的有效备选方案。其次,针对终端天线不同通信功能的需求,本文采用双枝节结构和混合天线技术设计了两款工作于不同频段的8单元双频MIMO天线。双枝节单元在高、低频段处的工作特性由不同枝节控制,覆盖5G中频段的2.6GHz频段(2.5GHz-2.7GHz)和3.5GHz频段(3.3GHz-3.6GHz),并基于寄生贴片结构实现了双频MIMO天线的去耦设计,最终获得了15d B以上的单元间隔离;而IFA与地板环形枝节混合的双频天线,实现了3.5GHz频段(3.4GHz-3.6GHz)和4.9GHz频段(4.8GHz-5.0GHz)的良好覆盖,并采用“π”形地板枝节和正交极化技术提升了单元间的隔离度,使得高、低频段的带内隔离度分别达到15d B和18d B以上。因此,本文所设计的八单元双频MIMO天线也很好地提升了频谱利用率,在5G智能终端天线的设计中具有良好的应用前景。最后,针对Sub-6GHz频段频谱资源短缺的现状,本文采用SIW缝隙耦合馈电技术,结合介质谐振器天线(DRA)和磁电偶极子天线(MEDA),在毫米波频段设计了两款性能良好的天线单元。利用SIW良好的波导传输特性和介质谐振器优越的场特性实现了宽带、高辐射效率的DRA单元设计;而在SIW馈电的MEDA结构设计中,在实现高增益和稳定辐射方向图的同时,采用倒角和曲流技术拓展了天线单元的工作带宽,使其-10d B阻抗带宽覆盖了24.09GHz-30.47GHz频段,相对带宽达到23.4%以上。此外,本文还结合相控阵理论分析了毫米波阵列的波束扫描性能,并采用Butler矩阵作为馈电网络,研究了MEDA阵列的空间波束覆盖性能。通过分析可以知道,阵列最大可实现增益为16.1d Bi,方位面内的半功率波瓣角可以实现±50°范围内的波束覆盖。因此,所设计的两款毫米波天线单元和毫米波阵列在5G终端设备中均具有很好的应用价值。