随着移动通信技术的不断发展革新,5G通信时代离我们越来越近了。与4G系统相比,5G通信系统的主要区别之一就是向毫米波频段的转变,美国联邦通信委员会为5G应用指定了 27.5～28.35GHz频段,这种频段上更容易获得更宽的带宽且可以实现预期的高数据速率和系统容量。而随着5G通信系统的不断发展,智能通信设备也在不断革新,特别是手机和智能穿戴设备。而5G移动终端的演进技术为其天线系统带来了巨大挑战,天线作为智能通信设备中至关重要的一部分,直接影响着智能通信设备的整体性能。本论文基于5G通信系统和众多天线种类的学习研究,提出了三款可用于5G通信系统的天线单元和天线阵列。本文首先阐述了本课题研究的背景和意义,介绍了手机天线的国内外研究现状;然后简单介绍了天线的基本定义和一些天线参数并分别阐述相控阵天线、微带贴片天线和圆极化天线的基本理论;最后基于理论基础和5G频段提出了三款天线设计。1.设计了一种具有Bow-tie结构的天线单元所组成的相控阵天线。天线单元是在介质基板的两个不同面上设计两个相同的不规则六边形贴片结构。天线单元的-10dB带宽为10.1GHz,覆盖了 24.1GHz～34.2GHz频段,中心频率为28.1GHz,增益在4dBi左右。天线阵列的工作频段为26GHz～37GHz,增益大于12dBi,天线单元间距确定在5.5mm(约0.53λ),单元间的隔离度大于16dB,具有良好的波束转向特性。根据仿真模型制作了天线的实物并进行了测试。2.设计了一种具有DGS结构的微带贴片天线。天线单元将传统微带贴片天线改为倒“凸”形结构,并设计了倒“凸”形DGS结构。天线单元结构简单且具有较宽的带宽,-10dB阻抗带宽为5.1GHz,覆盖了 25.5GHz～30.6GHz频段,中心频率为28GHz,增益在6.3dBi左右。天线阵列的工作频段为26GHz～30.5GHz,阵列天线具有较强的定向波束,增益大于16dBi,天线单元间距确定在9.5mm(约0.89λ),单元间的隔离度大于25dB。根据仿真模型制作了天线的实物并进行了测试。3.设计了一种基于磁偶极子天线理论的OCP天线。天线单元由位于天线基板顶部的“卍”形或“卐”形铜制贴片和底部的反向铜制贴片组成,顶部和底部的铜制贴片通过镀铜通孔穿过基板连接。天线单元的-10dB阻抗带宽为1.5GHz,覆盖了 27.3GHz～28.8GHz频段,3dB轴比带宽为2.6GHz,覆盖了 26.2GHz～28.8GHz频段,中心频率为28GHz,增益在2.2dBi左右。制作并测试了天线单元的实物,测试结果与其仿真结果基本一致。提出的2×2天线阵列的工作频段为27.3GHz～28.6GHz,在工作频段内的增益在3.5dBi以上,天线单元间距确定在4.58mm(约0.43λ),单元间的隔离度大于13dB。提出的八元天线阵列的工作频段为27GHz～28.5GHz,在工作频段内的增益在12dBi以上,天线单元间距确定在5.28mm(约0.5λ),单元间的隔离度大于10dB。