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4G LTE技术的不断升级和部署应用,标志着移动通信步入了4G无线宽带时代。为满足日益增长的用户需求,各国都在争先展开下一代移动通信(5G)的研发。由于具有极宽的绝对带宽,可在很大程度上提高信道容量和数据传输速率的毫米波技术成为了未来5G移动通信关键技术之一。虽然如此,但毫米波信号在电路和大气中损耗大、衰减严重、传输效率低等问题仍待研究。鉴于此,本文将主要围绕用于5G终端毫米波馈电网络和天线的研究,采用多波束方案以在保证增益的同时拓宽波束的覆盖范围。PCB电路如微带电路有较为显著的介质和辐射损耗,而传统金属波导虽然损耗低、信号干扰小,但其结构很难做到小型化和集成。因此这两种结构不适用于要求低功耗且空间尺寸受限的移动终端。采用基片集成波导(SIW)可同时降低损耗和增加可集成性,其兼备了金属波导和平面电路的优良属性,是未来5G毫米波终端应用场景最佳的选项之一。本文的主要内容包括:对SIW、波束扫描阵、缝隙天线阵和Butler矩阵多波束馈电网络等基本原理进行了简要的回顾。此四方面的知识是本文所有设计的理论支撑。系统梳理了SIW、缝隙天线阵的设计步骤和Butler矩阵馈电网络的分析方法。提出了将4×4 Butler矩阵多波束馈电网络用于未来5G终端天线的设计以实现多波束宽角度高增益信号覆盖。本文选择采用了多波束方案,并结合了5G移动终端设计了适用于5G终端的4×4 Butler矩阵多波束馈电网络和缝隙天线阵。加工测试表明多波束方案基本可满足未来5G终端天线的要求。在传统4×4 Butler的基础上,提出和设计了一款改进型的4×4 SIW Butler矩阵。从理论上验证了方案的可行性且推导了各个器件须满足的条件。新设计的Butler矩阵其核心是将移相器归入到–3d B定向耦合器的设计中。仿真和测试结果表明,改进型的4×4 SIW Butler矩阵不仅拥有更好的输出幅相平坦度还具有比传统4×4 SIW Butler矩阵更高的设计灵活性。设计了一款3×3 SIW Butler矩阵。首先给出了该款矩阵的设计思路来源,然后从原理上验证了此矩阵设计的可行性和详细地推导出了3×3 Butler矩阵的结构和器件参数。仿真和结果表明,该型Butler矩阵比4×4 SIW Butler矩阵尺寸更小、结构更简单,但具有和4×4 SIW Butler矩阵相当的增益值和波束覆盖范围。