近年来,通信系统向着小型化、更大容量、多功能和智能化的趋势发展,微带天线的多频带和宽频带特性成为研究的热点。 本文首先综述了微带天线的理论分析方法,多频带技术和宽频带技术的主要研究方向,并大致阐述了电磁场数值计算中常用的有限元方法。以实现微带天线的多频带和宽频带特性为目的,本文主要完成了以下几个方面的工作: (1)将分形的概念应用到天线的设计中。分形的自相似属性可决定天线的多频带特性,同时,其空间填充性还可实现天线的小型化。本文将Sierpinski分形应用于天线的设计会表现出了良好的多频带特性,但也对天线其他方面的性能也会带来一些负面的影响,其第一谐振点相对普通三角形贴片天线有所提高,而且谐振深度和带宽等性能都有恶化的趋势。本文对Sierpinski分形天线进行了优化,通过设计Parany Sierpinski分形以及Parany Sierpinski分形的改进型获得了良好的效果。 (2)研究了光子晶体结构在天线设计中的应用。本文着重研究了使用光子晶体结构基板的微带天线。光子晶体基板可明显抑制贴片天线内的表面波,提高天线向前辐射的增益,并能改善回波损耗,提高带宽。通过对普通基底和PBG基底矩形微带贴片天线的比较,观察到PBG基底微带天线谐振点的回波损耗有显著改善,降低了15.62dB,天线带宽差不多提高原来的2倍,效果较为显著。 (3)在前两点工作的基础上探讨了分形结构与光子晶体结构同时应用于微带天线设计的可行性。由于多频带天线具有多个谐振点,并分布相差较远,光子晶体设计的关键问题之一是需要保证禁带带宽,使得能够覆盖多个谐振点,实现光子晶体结构对各个谐振频率点的优化作用。 因实验条件等因素的制约,我们未能进行对设计好天线模型的制作及实际天线参量的测量,这是本文的最大不足之处。