为满足未来高速宽带通信需求,第五代移动通信系统(简称5G系统)将工作在更高的频率,以获得更大的带宽和实现更高的传输速率。然而随着工作频率的升高,电磁波穿透墙体的损耗增大,导致室外基站信号覆盖室内的局限性更加突出,因此需要大规模的建设室内分布系统。天线作为室内分布系统的组成部分,在整个系统中起着很重要的作用,但是目前可工作于我国3.45GHz和4.9GHz频段的5G室内分布系统天线极少且增益低,不适合于实际应用。因此本文以交叉偶极子天线结构为基础,研究设计了用于我国5G室内分布系统的双频双极化天线阵,具体完成的主要工作包括:(1)设计一种新型双频双极化交叉偶极子天线结构,其辐射单元由印制在介质板下表面的两对扇形切角贴片组成,并由介质板上表面的馈电结构进行耦合激励,利用寄生支节实现了两个频段工作。为了避免两条馈电微带线相互交叉重叠,将其中一段导体带条调整到介质板下表面,使用金属化过孔将其连接于介质板上表面的微带线。实验表明该天线在3.27-3.6GHz和4.6-5.02GHz内反射系数小于-14dB,隔离度大于22dB。在低频段增益约8.3dBi,高频段增益约8.7dBi,天线的方向图稳定。(2)为满足高增益需求,将上述的双频双极化交叉偶极子天线,组合为2×2的天线阵列。该天线阵的馈电网络由三个二等分Wilkinson功分器组合而成,实现四等功率分配。实验结果表明,该馈电网络在3-5.5GHz内反射系数小于-15dB,插入损耗约为6.5dB。将馈电网络与天线阵列组合后,在3.25-3.6GHz和4.6-5GHz频率范围内反射系数小于-14dB,隔离度大于20dB,低频段和高频段增益分别约11dBi和13dBi。(3)设计一款加载人工磁导体结构的双频双极化交叉偶极子天线。人工磁导体结构通过在方形贴片上开缝隙的方式实现双频零相位反射,并代替了金属反射板加载到天线下方使得天线高度降低了 27%。结果表明,加载人工磁导体结构的天线在3.2-3.8GHz和4.75-5.01GHz满足反射系数小于-14dB,隔离度大于22dB,低频段和高频段增益分别约为7dBi和7.3dBi,方向图稳定。(4)对所设计的加载人工磁导体结构的交叉偶极子天线进行2×2组阵设计,并由一分四等功率分配的Wilkinson功分器馈电。测试结果表明,此天线阵在3.1-3.6GHz和4.75-5.01GHz的频段内反射系数小于-14dB,隔离度整体大于20dB,两个频段的增益分别约为 11.2dBi 和 13.5dBi。