当前,通信系统尤其是移动通信为了提高服务质量,对天线的要求不断提高,并且随着现代化城市规模的扩大,天线所处的电磁场环境日益复杂化,因此,高增益天线的设计以及天线受环境影响的问题倍受关注。本文结合理论分析,利用时域有限差分(Finite Difference Time Domain,FDTD)算法,研究了有关天线的两个方面的问题,一是设计和优化了一种高增益全向通信天线;二是结合数值仿真,分析了高层建筑物和地面对短波天线的影响。 在设计全向高增益通信天线的过程中,我们研究了目前高增益水平全向天线的设计形式和原理,针对同轴共线天线,具体分析了该天线的场分布,并结合FDTD数值仿真,探讨了影响天线辐射特性的主要因素。为了提高同轴共线天线的增益,我们采取了一些措施:计算天线单元的长度,调整单元的间距,抑制杂波的产生,最终实现了天线的每一单元上电流分布相位相同,振幅相等,满足在远场叠加场强最大的条件。为了提高天线的效率,降低介电损耗,天线的每个单元采用两端为介质,中间为空气的同轴线结构。这种天线单元结构形式,同轴线既为传输线,又为辐射体,相比传统的导线结构增加了带宽,并且易于实现馈电和阻抗匹配。最后,利用时域有限差分算法及有限元算法(Finite Element Method),对具体设计和优化的同轴共线水平全向天线,进行了仿真。仿真结果表明,天线增益达到14dBi-15dBi之间,比原设计提高了2.5dBi左右,同时天线的通信带宽扩展到5.6GHz-5.85GHz,比同类产品增加了1倍,基本上满足了设计的要求。