随着无线通信用户的不断剧增,大容量、高速率通信已经成为现代无线通信技术发展的必然趋势,这对系统中天线的带宽提出了更高的要求。为了能够覆盖多个频带,通常采用多副天线,这无疑增加了系统的成本和复杂度。宽带天线仅采用一副天线缺能够同时覆盖多个频带,从而降低了系统的成本和复杂度,因此逐渐成为了无线通信系统的一项研究热点。本文围绕应用于无线通信系统中的宽带天线技术,分别对全向辐射天线、双向辐射圆极化天线、定向辐射圆极化天线以及宽带圆极化阵列天线进行了研究和设计。具体的研究内容概括如下:[1]对宽带全向辐射微带单极子天线进行了研究。贴片型AMC结构超表面具有零反射相位及支持表面波传播的特性,基于表面波衍射机理,设计了两款低剖面宽带表面波天线,实现了良好的全向辐射特性。首先,采用均匀超表面结构,通过在馈电层加载截断超表面环,天线实现低剖面(0.07λ0的同时带宽达到了19.4%(4.69～5.7GHz,获得了平均增益为7.32d Bi的高增益,并且辐射方向图具有低交叉极化特性;其次,采用非均匀锥削分布超表面结构,通过调控超表面贴片单元尺寸的变化,能够同时激励主模TM01模和高次模TM02模,实现了带宽展宽。另外减小地板尺寸,增强了表面波辐射,改善了TM02模性能,进一步展宽了天线带宽并提高了增益。实测结果表明该天线实现了0.07λ0的低剖面,带宽达到33.1%(4.56～6.37 GHz,辐射方向图具有良好的全向特性和低交叉极化。[2]对宽带双向辐射印刷圆极化天线进行了研究。首先,设计了一款圆极化印刷单极子缝隙天线。基于环天线辐射机理,采用类似C型单极子辐射结构激励了宽带圆极化辐射。通过在地板上开圆形宽缝,天线实现了120%(3.2～12.8 GHz的阻抗带宽和60.7%(3.1～5.8 GHz的轴比带宽,主波束分别沿±Z轴实现了良好的双向圆极化辐射。其次,设计了一款加载方形开口环和缺陷地板的圆极化印刷单极子天线。通过非对称地激励介质板两侧的寄生开口环,从而产生环天线谐振模式的宽带圆极化辐射。进一步地,在地板上引入一垂直和水平缝隙构成缺陷性地板,在高频段激励单极子模式产生圆极化辐射,从而展宽了天线带宽。实验结果表明该天线实现了89.7%(2.55～6.7GHz的阻抗带宽,84.6%（2.59～6.39 GHz）的轴比带宽,而方向图具有较好的双向辐射特性;最后,设计了一款圆极化印刷交叉偶极子天线。偶极子臂采用花瓣形结构实现较宽的阻抗带宽,通过加载两个金属过孔连接的半环形寄生贴片,显著地提高了天线的轴比带宽。另外,在不增加天线尺寸的前提下,加载四个寄生贴片进一步展宽了轴比带宽。对天线实物进行了测试,阻抗带宽达到了121%(1.66～6.74 GHz,轴比带宽为114.8%(1.8～6.38 GHz,且工作频带内方向图具有非常稳定的双向圆极化特性。[3]对宽带定向辐射圆极化交叉偶极子天线进行了研究。首先,提出了一种加载非对称十字环的宽带圆极化交叉偶极子天线,通过控制非对称十字环的周长并调节其沿x,y方向的长度,能够同时激励基模和高次模下的环天线圆极化谐振模式,从而显著地展宽了天线带宽。实测的阻抗和轴比带宽分别为67.5%（3.14～6.34 GHz）和53.4%(3.83～6.62 GHz,工作频带内最大增益为10.62 d Bi;其次,提出了一种寄生加载的宽带圆极化蝶形交叉偶极子天线。基于顺序旋转相位法在交叉偶极子天线上加载三组寄生单元,包括十字形缝隙、三角形贴片和矩形贴片,从而激励额外的三个圆极化谐振点,同时实现了阻抗和轴比带宽的展宽。测试结果表明该天线实现了93.1%（2.21～6.06 GHz）的阻抗带宽和90.9%(2.4～6.4 GHz轴比带宽,最大增益为9.1d Bi。紧接着,提出了一种低剖面宽带圆极化分型结构交叉偶极子天线。采用分型天线结构改进交叉偶极子臂实现宽带圆极化辐射,通过在偶极子背面加载四个印刷三角形贴片以及在地板上加载四个倒L形金属片,展宽了天线带宽同时还降低了剖面高度。测试结果表明该天线具有0.126λ0的低剖面,阻抗和轴比带宽分别为92.9%(2.65～7.25 GHz和81.4%(2.9～6.88 GHz,最大增益为7.96 d Bi;最后,设计了一款宽带圆极化阶梯型交叉偶极子天线。调节阶梯型交叉偶极子臂的宽度改善了两个正交模式的幅度比,实现了宽带圆极化辐射。通过在交叉偶极子周围加载一十字型缝隙,能够激励缝隙辐射并可将该缝隙等效为一磁交叉偶极子,从而与交叉偶极子构成一对互补结构,不仅展宽了带宽,实现了75.3%(3.45～7.62 GHz的阻抗带宽、61.2%(3.86～7.26 GHz的轴比带宽和11.9 d Bi的最大增益,还实现了方向图良好的对称性以及低交叉极化。[4]对宽带圆极化天线阵列进行了研究。首先研究了顺序旋转相位技术工作原理、分析了环形顺序相位馈电网络的仿真模型和等效电路。其次,采用宽带圆极化阶梯型交叉偶极子天线单元,对2×1、2×2和4×4圆极化阵列进行了组阵分析,并针对不同的阵列结构,选择合适的馈电网络进行了阵列设计。最后,对三种阵列进行了实物加工,实测的阵列轴比带宽分别为52.9%、73.1%和83%,结果表明采用顺序旋转相位阵列能够通过增加天线单元数目来有效展宽圆极化阵列的轴比带宽同时提高圆极化辐射性能。[5]对宽带圆极化多波束切换阵列天线进行了研究。避免采用大量移相器和交叉结,仅采用宽带定向耦合器设计了基于平面2×2Butler矩阵的波束控制网络,实现了2-D波束切换。为验证该设计,采用所设计的宽带圆极化阶梯型交叉偶极子天线,设计了2×2圆极化多波束切换阵列天线,通过对不同的馈电端口进行切换,实现了9个不同指向的圆极化辐射波束,阵列的轴比带宽≥68.9%轴比带宽≥44%,最大增益≥11.7d Bi。