随着5G通信系统的实现与使用,以及全球的移动数据业务的增长,6 GHz以下的通信频谱已愈发拥挤,因此发展毫米波频段的天线系统已经成为下一步5G系统发展的关键性问题。毫米波天线主要具有重量轻、体积小、波束窄、方向性好和传播稳定等优点。因此本文主要设计与研究应用于5G的毫米波频段天线。本文首先由毫米波频段的缝隙天线出发,设计了两种工作在26.5 GHz频段的缝隙天线,并选择了不同的馈电方式。基于两种缝隙天线设计了一种极化正交的两端口天线单元。加载U型缝隙提高了天线的带宽,所设计的天线单元具有-40 d B的高隔离度,并且在毫米波频段具有连续1300 MHz的-10 d B带宽,天线具有良好的方向特性。增益对于毫米波天线十分重要,本文在天线单元表面覆盖超表面,将天线平均增益由4 d Bi提高至7 d Bi。设计的天线单元具有较好的S参数、带宽、方向性以及增益,能够用于毫米波频段的5G移动通信。之后基于设计的天线单元设计了一种八端口的多输入多输出（Multiple-Input Multiple-Out-put,MIMO）天线系统,能够发挥毫米波天线的尺寸优势并进一步提高天线的信息传输速率。设计的八端口MIMO天线尺寸为100×60mm~2,满足现代智能手机的尺寸。MIMO天线具有与天线单元同样的带宽和增益,同时保持了-37 d B的高隔离度,各端口间的包络相关系数均小于通信系统所要求的0.2,设计的八端口MIMO天线在工作频带内具有35 bps/Hz的信道容量,与理论值相差较小。最后,对于设计的MIMO天线在实际条件下的性能进行了研究,在加载智能手机外壳以及人体后,天线性能会有一定程度改变,其中天线增益由于液晶屏幕的反射作用提高到9 d Bi,具有-30 d B的隔离度,加载手部模型后大部分端口仍有40%以上的辐射效率。天线对于人体的SAR值也小于2 W/kg,满足移动设备对于天线系统的要求。本文设计的毫米波频段天线在带宽、隔离度、效率、增益以及对人体辐射等指标方面均满足设计要求,能够应用于5G移动终端。