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天线是移动通信系统中信号能量收发的关键部件，系统中天线的性能直接影响通信的质量。天线在通信系统中无可替代的重要性，使得天线设计一直是移动通信研究的热点。第三代移动通信（3G）已经正式在我国实现商用，4G移动通信也是未来的发展趋势。LTE(Long-Term Evolution）是从3G迈向4G过程中很关键的一步，所以研究满足LTE通信系统指标要求的基站天线是当今通信市场的迫切需求，也符合未来发展的趋势。随着通信系统复杂程度越来越高，使得多径衰落等问题愈来愈严重，在实际商用中还要考虑减少天线数量，降低天线和选址的成本等问题，使得对基站天线的设计提出了更加严格的要求。研究的重点主要集中在宽频性、多频性、双极化、分集天线、小型化等。设计在LTE工作频带（1710MHz-2690MHz）内，阻抗匹配特性和辐射特性都满足实际应用需求的宽带双极化基站天线是天线设计中的难点。本论文的工作围绕着应用于LTE通信系统的双极化基站天线的研究与设计展开，研究设计紧紧依托工程应用，成果具有一定的创新性。本论文的创新成果具体为：1、研究在天线阵列的地板上增加双层翻边对天线的交叉极化比的改善。实际的仿真与测试结果表明，通过在天线的地板上增加双层的翻边对天线的60°交叉极化比有改善作用，并分析了地板改善交叉极化比的原理。2、设计了一种金属枝节加载的双极化宽带基站天线，该天线能够实现在宽频带1710MHz-2690MHz的范围内满足基站天线的阻抗特性与辐射特性。并且研究了通过加载天线枝节来拓宽天线阻抗阻抗匹配带宽的原理，提出了设计双极化天线时，两个极化同时设计的思路。3、设计了一种双层PCB结构的双极化基站天线，该天线具有结构简单，易于加工，质量轻型，性能优良的特点，该天线满足LTE通信系统的所有指标要求。讨论了通过引入微带耦合馈电来拓宽天线阻抗匹配带宽的原理，分析了采用多天线技术来实现辐射特性宽带的原理，并且提出了对于双极化天线，先设计单极化天线，再组合形成双极化的设计思路。