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随着移动通讯需求的不断增长，第五代(5G)无线通信系统技术正经历着前所未有的发展，相比4G网络，5G在信息速率，时延及可靠性等方面都有飞跃的提升。大规模输入输出技术利用大规模天线阵列通过更加精确的波束赋形和空分复用技术来提升网络容量和频谱效率。因此多天线技术成为制约5G系统性能的关键技术之一。本文围绕多天线阵列的去耦及小型化技术进行研究，通过采用寄生去耦，超材料去耦等技术设计了针对5G终端不同应用的天线阵列，论文的主要研究内容和创新点如下：
1提出了一种应用于多寄生双频解耦技术的理论方法。以一对工作在2.45GHz(低频)和5.8GHz(高频)的双频天线为例，由一个低频寄生单元和两个对称放置的高频寄生单元组成解耦结构，推理计算并仿真验证了解耦过程。并加工了实物模型进行测试对比。仿真结果和测试结果都表明，在两个工作带宽下，两个天线端口的阻抗匹配良好，隔离度从低频的9dB和高频的7.7dB分别提高到低频的20dB和高频的25dB以上。作为MIMO天线的一个关键性能指标包络相关系数(ECC)也得到了显著的改善。该分析方法可适用于多种天线的双频去耦应用。
2提出了一种基于电磁带隙结构的小型化的二元微带天线阵。该天线阵工作在5G毫米波(26.5GHz-29.5Ghz)频段，采用电磁带隙结构(EBG)表面作为天线的底板进行去耦实现阵列小型化。在所提出的EBG接地板的帮助下，两个E形微带天线单元可以以中心频率在自由空间中的0.3波长的中心间距彼此紧凑放置，但是它们之间的相互耦合仍然可以在整个工作频带内达到-23dB以上。比传统地板的两个同距离天线隔离度提高13dB左右。另外此此去耦阵列也表现了良好的辐射特性。所提出的设计可用于多输入多输出应用，或作为移动通信系统中毫米波段较大相控阵天线的构建子阵。
3根据基于电磁带隙结构(EBG)的二元微带天线阵列的辐射特性，提出了一种适用于第五代移动终端(5G)毫米波应用的小型化宽角扫描天线阵列。此天线阵列以基于电磁带隙结构(EBG)的两元微带贴片天线子阵作为基本组成单元，其中包含四个等距子阵。EBG结构底板的存在使得阵列的尺寸紧凑(37mm×7mm×1.4mm)，而且在整个工作的频带内，每个元件之间的相互耦合可以达到-22dB以下。经验证在EBG结构的帮助下阵列扫描角度可达-70°~70°，扫描增益损耗2dBi以内。该方法使天线阵列紧凑，展宽了扫描角度，对5G移动终端应用具有很大的应用参考价值。
4利用人工介质层(ADL)和隔板完成MassiveMIMO基站天线阵列的去耦，极大缩小阵列口径，实现了天线阵列的小型化。首先设计了一款工作在2.3GHz-2.7GHz的小型双极化偶极子天线作为阵列辐射单元，此单元利用巴伦结构对偶极子进行耦合馈电，偶极子通过弯折，在不影响工作带宽的情况下减小了天线尺寸，结构简单。根据项目要求，两个双极化单元通过等功分器组合成二合一的子阵列，通过增加隔板设计，将正交隔离度改善10dB，方向图的正交极化比也有明显改善。最后设计了8×4MassiveMIMO双极化阵列，水平间距0.4波长，垂直间距0.5波长。在阵列正上方八分之一波长高度增加了人工介质层(ADL)覆层，成功将阵列同极化隔离改善提高15dB以上。实现了紧凑间距的阵列安排，保持了-20dB的隔离度。此结构极大缩小了阵面口径，易于实现和安装。
1提出了一种应用于多寄生双频解耦技术的理论方法。以一对工作在2.45GHz(低频)和5.8GHz(高频)的双频天线为例，由一个低频寄生单元和两个对称放置的高频寄生单元组成解耦结构，推理计算并仿真验证了解耦过程。并加工了实物模型进行测试对比。仿真结果和测试结果都表明，在两个工作带宽下，两个天线端口的阻抗匹配良好，隔离度从低频的9dB和高频的7.7dB分别提高到低频的20dB和高频的25dB以上。作为MIMO天线的一个关键性能指标包络相关系数(ECC)也得到了显著的改善。该分析方法可适用于多种天线的双频去耦应用。
2提出了一种基于电磁带隙结构的小型化的二元微带天线阵。该天线阵工作在5G毫米波(26.5GHz-29.5Ghz)频段，采用电磁带隙结构(EBG)表面作为天线的底板进行去耦实现阵列小型化。在所提出的EBG接地板的帮助下，两个E形微带天线单元可以以中心频率在自由空间中的0.3波长的中心间距彼此紧凑放置，但是它们之间的相互耦合仍然可以在整个工作频带内达到-23dB以上。比传统地板的两个同距离天线隔离度提高13dB左右。另外此此去耦阵列也表现了良好的辐射特性。所提出的设计可用于多输入多输出应用，或作为移动通信系统中毫米波段较大相控阵天线的构建子阵。
3根据基于电磁带隙结构(EBG)的二元微带天线阵列的辐射特性，提出了一种适用于第五代移动终端(5G)毫米波应用的小型化宽角扫描天线阵列。此天线阵列以基于电磁带隙结构(EBG)的两元微带贴片天线子阵作为基本组成单元，其中包含四个等距子阵。EBG结构底板的存在使得阵列的尺寸紧凑(37mm×7mm×1.4mm)，而且在整个工作的频带内，每个元件之间的相互耦合可以达到-22dB以下。经验证在EBG结构的帮助下阵列扫描角度可达-70°~70°，扫描增益损耗2dBi以内。该方法使天线阵列紧凑，展宽了扫描角度，对5G移动终端应用具有很大的应用参考价值。
4利用人工介质层(ADL)和隔板完成MassiveMIMO基站天线阵列的去耦，极大缩小阵列口径，实现了天线阵列的小型化。首先设计了一款工作在2.3GHz-2.7GHz的小型双极化偶极子天线作为阵列辐射单元，此单元利用巴伦结构对偶极子进行耦合馈电，偶极子通过弯折，在不影响工作带宽的情况下减小了天线尺寸，结构简单。根据项目要求，两个双极化单元通过等功分器组合成二合一的子阵列，通过增加隔板设计，将正交隔离度改善10dB，方向图的正交极化比也有明显改善。最后设计了8×4MassiveMIMO双极化阵列，水平间距0.4波长，垂直间距0.5波长。在阵列正上方八分之一波长高度增加了人工介质层(ADL)覆层，成功将阵列同极化隔离改善提高15dB以上。实现了紧凑间距的阵列安排，保持了-20dB的隔离度。此结构极大缩小了阵面口径，易于实现和安装。