作为导行电磁波和空间电磁波的关键转换器件,天线在通信系统中扮演举足轻重的角色。最近几年,随着互联网+行业受国家大力推动,通信用户量与需求的与日俱增,因此,通信天线发展的要求也越来越多。一方面,天线的覆盖面要尽量宽,以覆盖更多通信用户终端,这就要求设计天线在满足工作宽带宽增益高的情况下还要保证覆盖面尽可能的宽。另一方面,由于低频微波频段的频谱资源越来拥挤,人们把研究目光转向了频谱资源更丰富的毫米波频段。但是毫米波存在大气吸收损耗大传输距离短的问题,因此人们在设计毫米波天线时尽可能地提高天线增益。2017年,中国工信部颁布了5G通信的低频段为3.4-3.6GHz和4.8-5.0GHz,5G毫米波频段24.75-27.5GHz,37-42.5GHz。本文所设计的天线基于以上的频段。本文设计了面向5G的波束宽度可重构双极化天线、毫米波双线极化/双圆极化天线、应用于5G毫米波的3D打印天线一共三款天线,对应提出低频天线宽覆盖面、毫米波天线高增益与低成本方案,从这些研究技术点出发,本文首先回顾了5G通信时代的天线研究背景和意义,并且对中外研究现状进行了简要介绍,紧接着给出了磁电偶极子高阶模谐振腔等相关理论的讲解,然后重点给出了可重构天线、毫米波天线、3D打印天线这三种天线的详细的原理应用与结构设计,以及仿真结果分析和实验验证。本文研究的三款天线如下:第一款是面向5G的波束宽度可重构双极化天线。本文提出了一种宽带宽、高增益、E面和H面的波束宽度可调的三元双极化天线阵列。首先,通过将辐射贴片的切断成弧形角可以拓宽天线单元的阻抗匹配带宽到78.4%（驻波比SWR<2）,这可以满足5G通信频段的要求。另外,将盒子形状的反射器和磁电偶极子天线的固有特性结合可以将双极化天线单元的峰值增益提高到12.3dBi。最后,通过使用一个带有多个功率分配器的两级可调电路,设计一个有波束宽度可调节功能的三元天线阵,整个工作频段上其H面波束宽度范围是24到97度（端口1）,E面波束宽度范围是22到100度（端口2）。第二款是毫米波双线极化/双圆极化天线设计。这两种天线主要面向5G毫米波通信频段设计的,这里提出了一种基片集成馈电的宽频带双线极化和双圆极化贴片天线阵的设计方法。首先设计了一个由水平辐射片、短路引脚和高阶模谐振腔组成的2×2单元的双线性极化天线。通过两层馈电网络分别激发而获得两个极化。这个子阵列的带宽达到了19.6%以上,覆盖了频率范围是36.6-42.8 GHz。然后设计了一个有两个基片集成波导馈电网络的8×8单元的阵列天线,它在工作频带内峰值增益达到25.8 dBi。所提出的天线阵列有许多优点,比如具有带宽比较宽、交叉极化水平低、对称的辐射模式等优点。本章接着设计了一款由45度旋转双箭头形状的贴片充当辐射片,同样是基片集成波导馈电的2×2单元和8×8单元的双圆极化天线,该天线得到了比较宽的频率带宽和轴比带宽,以及高增益。第三款是应用于5G毫米波的3D打印天线。这里提出了一种基于3D打印技术的高增益双极化天线。为了同时改善增益和减少传输损耗,本天线将高阶模谐振腔和磁电偶极子结合设计。其次,采用基于3D打印的两个垂直放置的空气填充波导馈电网络,可以在低成本制作时实现高隔离度。此外,设计双线极化（LP）和双圆极化（CP）天线阵列来获得分集极化。特别地,采用全集成波导技术,进一步降低了双圆极化天线的传输损耗,提高了其隔离度。8×8双线极化天线阵列的测量带宽是13%（24.4 GHz-27.8 GHz）（S11<-10 dB）,峰值增益是28.3dBi,隔离度高于42dB;而设计的4×4双圆极化阵列的测量轴比带宽是14%（24.6 GHz-28.3GHz）,隔离度高于15dB。此外,3D打印天线还具有成本低、损耗小、制作灵活等优点。