近年来，具有紧凑结构的宽带双极化天线在移动通信系统中的优势越来越明显，引起了诸多学者的广泛关注。比如，双极化天线被广泛地应用于蜂窝基站系统来实现频率复用和极化分集。通过使用这些工作机制，不仅可以增加通信容量，还能提高通信系统中数据传输的速率。另外，通过使用具有高隔离度和低交叉极化性能的双极化天线，能够减小多径衰落带来的影响以及改善发射机和接收机之间的极化失配问题。因此，对具有高性能的双极化天线的研究就变得十分迫切，同时具有重要的理论意义和实用价值。本文以基站天线为应用背景，根据移动通信行业标准对双极化基站天线的要求，利用差分馈电技术对具有高极化纯度性能的宽带双极化天线进行了研究设计，所做的主要工作和获得的研究成果如下：1.研究设计了一款集成Marchand巴伦的宽带双极化天线。该天线由一对交叉偶极子、一块折叠型接地板、两个馈电网络和一个反射板组成。通过利用两个偶极子之间的相互耦合，使其阻抗带宽得到了提升。一种蜿蜒的折叠型Marchand巴伦被巧妙地集成在天线的支撑柱上，对每个偶极子实现差分馈电。通过使用这种馈电方式，使得天线在驻波比小于1.5的工作频段内(1.71GHz-2.17GHz)得到了高隔离度和低交叉极化电平的优良性能，并且具有稳定的方向图以及易于组阵的特点。2.为了获得更宽的带宽，分别从辐射结构、馈电网络以及反射板三个方面对上一款天线进行了改进。经过仿真优化后，该款天线的工作带宽达到1.7GHz-2.7GHz，能够同时覆盖2G、3G以及4G通信频段。同时根据优化后的模型对其进行了实物加工与测试，并介绍了定向双极化基站天线相关参数的测量方法。通过对比分析发现，测量结果与仿真结果吻合较好，满足设计要求，验证了理论仿真的可行性。3.以第二款宽带双极化基站天线为阵元，组成了一个六单元均匀直线阵列。对其各项特性参数进行了仿真分析，尤其是对天线阵列的辐射参数进行了仿真优化，使得该天线阵列在整个工作频段内(1.7GHz-2.7GHz)都达到了良好的水平面和垂直面辐射特性，并满足移动通信行业标准。