近年来,随着无线通信技术以及互联网科技的日益革新,有力地推动了整个无线通信消费电子市场的发展,越来越多的无线设备进入到人们的日常生活与工作中,使人们能便捷、高效的获取信息资源。天线作为整个无线通信系统的前端,承载着无线信号的发射与接收工作,其性能的优劣极大程度上决定了整个通信质量的好坏。随着用户需求的增长以及相应技术的发展,无线通信设备集成度越来越高,功能也变得越来越复杂。因此,迫切的亟需在保证良好通信质量的同时,尽可能的减小天线系统体积。此外,现代通信设备需对高速率以及大数据容量的信息进行传输,有时甚至需要设备能够具有多种通信模式,进而要求天线系统能够支持更宽的工作带宽或者能够同时兼备多种工作模式。因此,对天线系统的宽带化以及多频特性的研究具有重要的意义。另一方面,在通信过程中,由于电磁波在空间中传输不可避免的发生折射和反射现象,从而造成接收端产生多径衰落现象。多输入多输出(Multiple-Input-Multiple-Output,MIMO)技术采用多根发射和接收天线,在提高系统信道可靠性的同时增大信道容量,提高传输效率。相对于线极化天线,圆极化天线具有抗干扰能力强,低极化失配等优势,因此被广泛应用于现代无线通信设备中。围绕上述问题,本文将重点进行两个方面的研究。首先针对MIMO技术在超宽带天线中的应用展开详细的研究,并对MIMO系统中单元间去耦合、实现极化分集等问题进行讨论。随后,本论文将对宽带、多频技术在电磁偶极子天线中的应用进行研究,并将圆极化特性引入电磁偶极子天线设计中。本论文的主要工作内容包括:(1)阐述了超宽带技术、MIMO技术以及宽带、多频技术的发展及其研究背景,并分析说明了此类技术的研究意义与价值。结合本文主题,对超宽带MIMO天线与电磁偶极子天线的国内外研究现状及发展进行详细的阐述,并举例分析。同时,论文将重点对天线中的耦合干扰机理、互补天线理论及其天线极化进行总结和概括,为后文奠定理论基础。(2)半缝隙结构的超宽带天线。本文首先设计了一种基于超材料加载的超宽带天线单元,通过在天线结构中引入左手电感,使天线具有零阶谐振模式。并通过零阶谐振模式和其他谐振模式带宽的融合,使天线能完全覆盖超宽带上半频段(6-10.6 GHz)。其次,在上述研究的基础上,设计了一种具有半缝隙结构的超宽带MIMO天线,并对该半缝隙结构的工作机理进行详细的分析、解释。所设计的超宽带MIMO天线具有极其紧凑的尺寸结构,在工作频率范围内实现了较好的隔离效果和远场特性。另外,本文也将对由于测试中外接同轴线缆导致的测试误差进行详细的分析和解释说明。(3)具有带陷滤波功能的超宽带MIMO天线。本文首先设计了一种隔离度增强、尺寸紧凑的超宽带MIMO天线。通过在地板刻蚀叉型缝隙,使天线单元间隔离度得以大幅度提升,并且在辐射元上加载四分之一波长开路缝隙,使天线能在WLAN频段范围内实现较好的滤波特性。通过之前研究发现,由于一个滤波结构的谐振点单一,造成阻带在谐振点两旁急速下降的现象。这可能造成阻带带宽缩减,在截止频率附近滤波效果较差等问题。于是本文提出了一种在不增加天线尺寸的情况下,同时加载四个不同滤波结构的超宽带MIMO天线,在干扰频段范围内使天线获得较为平稳的阻带特性,同时在截止频率附近具有陡峭的过渡带。天线使用嵌套设计的思路,将体积较小的天线单元设计在较大尺寸的天线单元中,进而实现了天线结构的紧凑和小型化。(4)宽带、多频电磁偶极子天线。本文首先通过在电磁偶极子天线中加载介质基板印刷的引向器结构,有效的补偿了原天线在高频处增益下降的问题。加载引向器还使天线获得了Yagi天线的优越特性,如增大天线的前后辐射比、提高峰值增益等。通过适当的调节天线部分参数可使该电磁偶极子天线获得较宽的工作带宽,并且带内增益波动范围较小。随后设计了一款同样加载引向器单元的双频、宽带电磁偶极子天线,该天线中的引向器采用纯金属设计,有效的展宽了天线低频处的工作带宽。文中选择在原电偶极子下方设计寄生单元,在有效降低天线整体剖面高度的同时,改善了天线高频处方向图畸形的问题。(5)双频、双向圆极化电磁偶极子天线。首先,文中详细的给出了电磁偶极子天线实现圆极化的理论指导,并通过实际设计单频宽带圆极化电磁偶极子天线来给予佐证。其次,在上述理论的基础上,文中设计了一种具有双频、双向圆极化的电磁偶极子天线。该天线由两组尺寸不同的电磁偶极子天线单元组成,并通过交叉的Γ型馈线分别对不同单元进行激励,进而使天线获得了较宽的工作带宽。最终,在天线的高、低频工作带宽内分别实现了右旋圆极化和左旋圆极化,同时天线也获得了较好的定向辐射特性以及较高的辐射增益与效率。