对于天线设计人员，他们则需要面对物理定律带来的挑战。FR1中1GHz信号的波长约为30cm；FR2中28GHz信号的波长为1.07mm。这两种信号不能共用同一天线，因此对于需要在FR1和FR2频带均能运行的5G设备来说，将至少需要两组天线。这在大型设备和基站中尚可接受，因为它们有足够的空间容纳多个天线阵列；但对于小型设备和手机而言，这就成为了设计中面临的一项重大挑战。高通公司 (Qualcomm®) 等部分制造商已经开始发布紧凑型射频 (RF) 模块，这些模块能够与多个5G频段的天线阵列一起工作。
器件密度、数据吞吐量和大规模MIMO
G规范带来的一大挑战，是要在支持更高数据速率联网设备的同时，支持它们以更高的密度连接，这就需要提高蜂窝小区密度，同时更加广泛地使用4G LTE网络中已经运用的多输入多输出 (MIMO) 天线技术。MIMO是由多个发射和接收天线组成的天线阵列 (目前LTE网络通常采用8×8天线阵列)。MIMO使用空间复用将信号分解为编码流，并同时通过阵列中的不同天线进行传输；发射和接收设备都具有多个天线以及用于编码和解码多路复用信号的信号处理机制。通过该项技术可以做到以下两点：
● 同时与多个用户和设备进行通信。
● 以更高的吞吐量进行通信。
MIMO的类型多种多样，而用于5G的一大重要类型是大规模MIMO（mMIMO）。与以往的MIMO方案相比，该类型MIMO在天线设计上将更多的天线单元封装到一个密集的阵列中。低频天线通常较大，所以在一个大小可接受的低频MIMO阵列中，能够容纳的天线单元数量存在明显的限制；而毫米波的天线单元往往小得多，因而只需较小的封装，就可以构建mMIMO阵列。部分制造商已经开始制造包含128个单元的mMIMO天线。通过增加数据流的数量，mMIMO可以在无需增加频谱的情况下提高信号容量，进而提高数据速率和链路可靠性。