移动通信技术的不断发展,不同带宽、不同体制、不同频率的移动通信系统满足了不同业务发展的需要,形成了多频多体制共存的显著特征。在此背景下,移动终端的工作频率越来越多,引起终端频段数及天线数量不断增加。另一方面,MIMO、Massive MIMO及其阵列化进一步加剧了射频系统和终端天线数量的成倍上升。对于体积受限的移动终端来讲,大量天线在小空间集成带来了小型化条件下性能保障和性能提升的难题。在此背景下,本博士论文针对移动终端天线频率分集、空间分集和灵活组阵的需要,开展了多频段、小型化和去耦合基础理论和关键技术研究,研制了多款多频宽带天线、小型化天线和近邻高隔离天线样机,验证了方法的正确性。主要创新成果如下:(1)提出了一种平面结构宽带多频段天线设计方法。方法在矩形超宽带单极子天线单元结构基础上,引入感性枝节加载与容性槽结构实现频率调控。为解决小型化天线高效率难题,我们采用共面结构,提高了宽带多频段的馈送效率。在此基础上,设计并实现了一种三频段可调的宽带单极子天线,带宽达到3.4 GHz,最低谐振频率为1.4 GHz,涵盖了 4G LTE、5G、WLAN、WiMAX、DAB-L等多种当前无线通信系统频段。进一步分析和仿真表面电流,通过调整枝节和开槽尺寸,频率范围可进一步拓展,具有很好的频率调整能力。(2)提出了一种多频天线的小型化方法。为增加有限空间的电长度,方法采用“回形针”式结构作为主辐射单元。为进一步增强可调控性,我们发展了辅助辐射结构,实现了天线频率、带宽和效率等参数的联合调控。在此基础上,研制了一款四波段小型化天线(900 MHz、2 GHz,3.5 GHz 和 5.8 GHz),天线体积达到 15×25×1.5mm3,可有效满足未来薄小多频终端天线的需要;通过引入容性增强的双面双带线非对称馈电加载方法,研制了一款多频段终端天线样机,实现了天线尺寸的进一步缩小(仅为10× 15× 1.5mm3),减少到前述方法的50%左右。(3)提出了一种狭小空间多天线共存的去耦方法与途径。方法将地板作为延伸单元构建了新型去耦合结构,有效利用了地板普遍存在的多功能效应,仿真表明天线端口间隔离度大于15 dB,最高隔离度达到30 dB,可用于小空间多天线的有效隔离,为多频段MIMO的实现奠定了基础。进一步,我们发展了地板开槽去耦合结构,实现了漏电流的反向抵消,降低了天线端口间的串扰,以此研制了一种小型化高隔离度分集天线(2.5/3.6/5.3 GHz),包络相关系数小于0.01;为增加隔离度调控的灵活性,我们引入了超材料磁谐振器结构,以解决双频段调控难题,并研制了一款双频段增强去耦合天线(2.6/3.5 GHz),实现了低至-15 dB的天线间端口互耦,最低互耦达到-30 dB,验证了隔离方法的高度有效性。论文提出了宽带多频段、天线多频小型化和多天线间去耦等方法,研制了相应的原理结构天线,验证了方法的有效性,为稀疏分布多频段的未来移动通信终端应用奠定了基础。