随着多种无线宽带通信系统的高速发展,作为通信终端的天线面临着多频宽带化、小型化、高增益等挑战,成为影响多频宽带系统性能的重要因素之一。本论文依托课题组承担的国家自然科学基金(NSFC:No.61139001),对多频段宽带天线开展了以下几个方面研究：(1)应用于2G/3G/LTE/WLAN的双宽频电磁偶极子天线研究；(2)多频宽带电磁偶极子天线小型化及平面化研究；(3)多频宽带天线的高隔离度及高增益研究；(4)多频宽带天线低成本化、小型化及高增益研究。研究的主要内容和创新点如下：1.提出了一种带喇叭反射器的应用于2G/3G/LTE基站通信的电磁偶极子(ME Dipole)天线。对传统单层ME Dipole天线进行改进,首次提出了双层ME Dipole天线,提供了一种简易的产生双宽频的互补型天线方法,天线低频及高频分别达到了24.4%(0.79GHz-1.01GHz)和67.3%(1.38GHz-2.78GHz) (SWR<2)的阻抗匹配带宽。此外,利用改进的喇叭型反射器,实现了良好的定向性、稳定的高增益和很低的交叉极化。最后,提出了简易的电磁偶极子天线等效电路模型及公式,有利于指导电磁偶极子天线设计简易化。2.结合交叉偶极子和电磁偶极子的概念,提出了一种带交叉偶极子结构的应用于2G/3G/LTE/WLAN的新型定向天线。该天线利用双层交叉电磁偶极子,在低频和高频段分别实现了51.3%(1.68GHz-2.84GHz),11.4%(5.31GHz-5.95GHz)相对带宽(SWR≤2)。此外,该天线采用倒U型馈电激励,结构简单。为了提高天线增益和改善方向图,增加了一个盒型反射器。该天线在低频和高频带宽内分别实现了8.7±1.5dBi.8.2±1.1dBi的稳定增益,几乎对称的E面和H面方向图,交叉极化低于-20dB和前后比高于18dB。该天线覆盖了中国运营商目前的2G/3 G/LTE/WLAN四网。3.提出了一种应用于WWAN/LTE的平面印刷双频宽带电磁偶极子天线。为了增加电磁偶极子天线的集成商用性,首次实现了真正意义上的平面印刷双频宽带电磁偶极子天线。该天线印刷于FR4基板上,其电偶极子采用双U型辐射臂增加阻抗带宽。此外,为达到良好的阻抗匹配,采用弯折T型结合倒U型渐变线复合的馈电结构。印刷于背面的长方形地板可以调整大小从而改变天线的方向性。该天线在低频段和高频段分别实现了35.8％(0.78GHz-1.12GHz)和50.5％(1.66GHz-2.78GHz)(SWR≤2)的相对带宽。方向图为全向时,增益分别达到3±0.5dBi,3.8±0.6dBi.由于天线结构呈对称性设计,其方向图的交叉极化低于-15dB。该天线结构简单,成本低廉,覆盖了LTE/WWAN移动通信频段,能够满足多种通信需求。4.提出了一种高隔离度的应用于2G/3G/LTE的双极化双宽频电磁偶极子天线。该天线电偶极子采用双层双U型结构以获得双宽频的阻抗带宽。此外,为同时激励双层电偶极子,以及产生双极化特征,提出了正交的双层η型渐变馈线结构。该天线在双极化方向的低频段和高频段分别实现了25.7％(0.78GHz-1.01 GHz)和45.7％(1.69GHz-2.69GHz)(SWR≤2)的相对带宽,分别达到了7.8±0.8dBi和9.5±1.1dBi的稳定高增益。工作频带内双端口隔离度低于-30dB,符合移动通信抗干扰要求。此外,利用改进的喇叭型反射器结合电磁偶极子天线固有特性,实现了非常稳定的定向方向图,较低的交叉极化及较高的前后比。该天线覆盖了2G/3 G/LTE的移动通信频段,满足多种移动通信系统基站天线的高需求。5.提出了一种高增益的具有双陷波特性的超宽带天线。区别于常规的低增益陷波UWB天线,该新型带双陷波特性的UWB天线具有定向高增益。为了提供双频带陷波特性,分别在辐射偶极贴片上蚀刻了一个U形槽和在靠近馈线处采用了一对尺寸不同的容性环路负载开口环。前者主要是用来抑制WiMAX(3.3 GHz-3.8GHz)系统的干扰,而后者则主要是抑制WLAN(5.15GHz-5.825GHz)系统的干扰。此外,基板背面的接地平面专门设计为弧形,以提供良好的阻抗匹配。进一步,为满足安全性和效率的要求,设计了一个经过优化的喇叭状的铜反射器用来获得良好的方向性和高增益特征。除了3.2GHz-3.9GHz和5.1GHz-5.9GHz陷波带外,该天线能提供约113%(3GHz-10.8GHz)(SWR<2)的阻抗带宽、稳定的增益11±1.5dBi。6.提出了一种低成本、小型化、高增益U型蝴蝶结定向超宽带天线。取代传统的矩形电偶极子结构,采用了带缝隙的双U型蝴蝶结电偶极子。由于缝隙及双U型蝴蝶结可以改变电流分布,因而均能有效扩展带宽,同时减小天线尺寸。此外,馈电线采用倒U型渐变线结构,并采用穿透短路墙的方式,既可以进一步缩小天线尺寸,同时便于阻抗匹配。最后,为了改善增益及保持良好的定向方向图,采用了改进的双层喇叭反射器。该天线可以达到118%(2.81GHz-10.92GHz)的阻抗带宽,以及稳定的高增益10±1.2dBi。此外,其方向图具有几乎对称的E面和H面,交叉极化低于-24dB,前后比高于17dB,具有良好的定向性。该天线完全由铜皮制作,结构简单,价格低廉,非常适合具有安全性及高速速率要求的UWB通信。通过上述几个方面的研究,对多频宽带天线的工作原理及设计方法进行了系统的研究,丰富了无线通信系统中的多频宽带天线的结构设计及理论。