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随着无线通信技术的不断发展，移动通信系统对无线数据终端的要求也趋向于高速率、大容量，同时随着4G技术的到来，这就要求无线数据终端天线能够满足宽频带、多频带和高效率的工作要求，但是受限于无线移动终端的体积，无线移动终端多天线的小型化、高性能设计就成为关键点。端射天线作为一种常用的定向天线，广泛地用于军事和民用领域，但是传统的八木天线由于其自身体积及工作原理的限制，逐渐难以满足各种领域的应用要求，得益于天线技术的发展，微带结构和印刷形式的端射天线受到广泛关注，但是设计宽频带、低剖面的端射天线依然是热点和难点。本文正是针对下一代无线通信系统对天线的要求及新型端射天线的发展需求，利用电磁超材料（Metamaterials）所具有的一些超常特性，研究无线数据终端天线在小型化、高性能方面的设计以及加载人工电磁表面的新型端射天线的设计。本文首先详细介绍了左手材料的基础理论和重要特性，并重点介绍了复合左右手传输线（CRLH-TL）理论及其在天线小型化设计中的应用基础；同时详细介绍了人工电磁表面的原理和人工电磁表面上的表面波分析，并介绍了高阻抗表面的特性。其次本文基于复合左右手传输线的零阶谐振理论，设计出了一种能够覆盖GSM850/900和LTE band7、band13频段的小型化、高性能无线数据终端天线，并对所设计天线的实物样机进行了加工和测量，天线测量结果与仿真结果相吻合，天线在所有工作频段内具有良好的全向辐射方向图特性，并具有较高的辐射效率。进而对所设计的零阶谐振天线组成的MIMO双天线进行了分析，并通过优化天线参数和在双天线间引入中和线降低了MIMO双天线之间的耦合，天线最终也可覆盖GSM850/900和LTE band7、band13频段，天线间的包络相关系数ECC满足MIMO分集天线指标要求。最后对MIMO双天线的SAR值进行了分析优化和测量，使之满足小于1.6mW/g的国际标准。最后提出了一种基于平面单极子的端射天线，天线采用偏置微带线馈电使天线可以产生端射方向图，同时采用一种非对称的“子弹型”金属贴片展宽了天线的阻抗带宽，进一步地在所设计天线的参考地的上方加入了一种容性表面拓宽了天线的端射方向图频带的带宽，并提高了天线的增益，实现了3GHz到7GHz的端射天线。天线的实际测量结果与仿真结果吻合较好，天线实测增益最高达到了8.9dBi，成功实现了宽频带的端射辐射方向图。最后，对所提出的新型端射天线的组阵方式进行了分析，提出了串联馈电二元阵和并联馈电四元阵两种形式，并对这两种形式与单个端射天线的性能进行了简单对比和分析。