针对5G毫米波通信，研制了一种双极化有源相控阵天线模组。厚度为2 mm的多层PCB正面印制阵列天线，在其背面集成多通道波束成形芯片，通过中间层实现天线与芯片的互连以及供电、控制等。测试结果表明，研制的板状4×4双极化相控阵模组在E面和H面均实现了不小于±40度的波束扫描范围（不大于3 dB的电平下降）和低于-18 dB的归一化交叉极化电平，在24~27.5 GHz的频率范围内实现了V极化和H极化分别为42.6~45.7 dBm和43.5~46.1 dBm的等效全向辐射功率（EIRP）。

设计了一款具有高功率容量与宽角度扫描特性的C/Ku双频段共口径平面相控阵天线。在同一辐射口径内，相控阵天线包含有基于平面偶极子单元的C波段4×4阵列，以及基于混合零阶谐振贴片单元的Ku波段8×9阵列。所设计的相控阵天线的宽角度扫描性能归功于双频段阵元天线的宽波束辐射特性。下层混合零阶谐振贴片天线既能作为Ku波段的宽波束辐射单元，又能够为C波段的偶极子天线提供零反射相位，进而基于镜像原理拓宽偶极子天线的波束宽度。并且，对天线进行了介质埋入式设计，避免了空气击穿以提高天线系统功率容量。全波仿真结果表明，所提出的共口径相控阵天线在C和Ku双频段均实现了±45°的波束扫描，增益波动小于3 dB，天线阵列在各单元输入功率之和为1 W时功率容量达18.9 MW。

相控阵天线波束指向高度动态变化，其电磁发射特性呈现出显著的统计规律，分析和测试所需的资源巨大。采用多项式混沌展开（PCE）探究二维平面相控阵天线发射特性的统计特性，根据方向图乘积定理等确定代表相控阵天线电磁发射特性的目标函数，利用PCE建立目标函数的等效代理模型。从理想点源构成的相控阵天线着手，分别考虑了主波束指向服从均匀分布和正态分布两种典型情况，通过计算机仿真模拟得到等效代理模型的概率密度函数和累积分布函数，并使用传统的蒙特卡罗方法结果作为参照来评估PCE方法的有效性和可靠性，最后对小型偶极子相控阵天线的波束指向服从两种典型分布的情况进行讨论。仿真对比结果表明，PCE方法在保证结果准确度的同时可以大大减少采样样本点数目，大幅提升相控阵天线电磁发射特性分析和测试的效率。

为了满足在隧道环境中实现高速率、高质量无线通信的迫切需求，研究了适用于隧道环境的高增益天线，提出了利用二元相控阵天线系统提高隧道内信号传输质量的新方法。相控阵天线系统由两个高增益天线单元及一个移相器组成，通过移相器调整其中一个天线单元的相位，使隧道内合成电场的最小值幅值达到最大，提升信号的平均场强。仿真结果表明：与单个天线发射信号相比，在3 000 m隧道轴向传播范围内，相控阵天线系统发射信号合成电场的最低电平最少提升了19.6 dB；与两个天线同时发射信号相比，最低电平最少提升了12.4 dB，取得较好分集优化效果，消除多径效应导致的深度衰落，解决了隧道环境中存在的通信问题。