随着经济社会的持续发展,人们开始期望移动通信系统能够具有更低的时延、更快的数据传输速率和更高的可靠性,这促使了第五代移动通信技术(5G)的诞生。毫米波天线是5G射频系统的核心模块之一,其性能决定着通信质量。然而,毫米波固有的传播损耗大、传输距离短和抗干扰能力弱等缺点,一直限制着毫米波天线技术的发展,同时移动终端有限的空间也对天线的尺寸提出了更高的要求。针对以上问题,本文研究了可用于5G手机终端的双极化、宽带化和高增益的毫米波天线及阵列。本文首先基于背腔缝隙天线设计了一款集成在手机边框的±45°双极化毫米波天线阵列。天线单元由两个正交放置的蝴蝶结形缝隙、基片集成波导(SubstrateIntegratedWaveguide,SIW)谐振腔和接地共面波导(GroundedCoplanarWaveguide,GCPW)组成,通过优化蝴蝶结形缝隙的位置和尺寸可以获得较大的带宽和较高的隔离度,实现有效辐射。然后,将四个天线单元并列放置形成一个1×4的线性阵列,并将两个这样的阵列集成在较长边框上,得到可应用于手机终端的±45°双极化毫米波天线阵列系统。该天线系统在阈值增益为5dBi时的覆盖效率为52%,且受手的影响较小。为了进一步拓展带宽,本文在此基础上设计了一款基片集成介质谐振器天线(SubstrateIntegratedDielectricResonatorAntenna,SIDRA)。该天线单元通过同心排列的空气通孔和金属化过孔实现有效辐射,并利用耦合缝隙进行馈电。通过激励介质谐振器与耦合缝隙相互作用而产生的混合模式,天线的相对带宽达到了16.1%。通过激发两个正交模式实现了双极化,两端口之间的隔离度高达40dB。将两个1×4的线性阵列集成在手机终端的较长边框上,该天线阵列在阈值增益为5dBi时的覆盖效率为80%,且受单手和双手数据模式的影响较小。除此之外,本研究还在手机终端的较短边框上集成了一款sub-6GHz的低频天线,在无需增加任何结构的情况下该天线系统同时覆盖了5G毫米波频段和低频频段。本文设计的两款毫米波天线阵列具有双极化、高增益、高覆盖效率以及易与手机边框集成的特点,在未来的应用中具有很大的潜力。