随着无线电子设备对多用途与一体化需求的不断提高,天线用作导行波与电磁波的转换器件,正向着小体积、宽频带、多频段与多用途的趋势发展。因此,本文从实际的应用出发研究天线的小尺寸、宽频带与多频段技术,其中包括完善的理论分析和天线实物原型的验证。首先,本文简要介绍了小尺寸宽带多频段天线的研究背景,并从四个实际应用方面分析其国内外研究现状,以进一步明确当前的发展需求；接着分析天线的电特征参量,并阐明小尺寸、宽频带与天线辐射效率三者间的矛盾；其次从这些矛盾出发分析小尺寸、宽频带与多频段的主要技术手段及其优缺点,为后文的天线设计提供一定的思路与方法。然后,本文设计了基于电容耦合的小尺寸宽带三频天线。该天线通过在双C形单极天线结构的内部耦合E形寄生谐振单元实现三频段,并使用在地平面上切四分之一圆的方法改善天线的高频阻抗匹配,其总尺寸为31×21×1.6mm3。实测结果表明,该天线能够工作于2.33-2.83GHz、3.27-3.97GHz、4.30-6.67GHz三个工作频段,完全覆盖WLAN和WiMAX所要求的工作频段。通过对比可知,该天线具有便于制作、尺寸小、宽带三频段特性以及稳定的辐射方向图等优点,具有应用于WLAN及WiMAX系统的前景。最后,本文简述了超材料及其在天线多频段与小尺寸中使用的优缺点。在此基础上,提出将超材料与单极结构相结合,充分利用各自的多阶谐振和多频谐振特性,并在一定程度上融合这些频点,以实现宽带多频段天线的方法。该方法能够有效弥补超材料天线带宽窄的缺点。利用该方法设计了一款小尺寸四频天线,该天线以FR4为基板,并使用共面波导对超材料单元(复合左右手传输线单元)和曲流线单极单元并行馈电,其总尺寸为31×21×2mm3。实测结果表明,该天线能够工作于1.25-1.28GHz、2.44-2.73GHz、3.17-3.82GHz、5.03-6.16GHz四个工作频段,覆盖了北斗B3和WiMAX工作频段。对于采用FR4为基板低频效率较低的问题,也给出了一种可行的改进方案。由天线实物原型的验证充分说明该方法的可行性与正确性。通过对比可知,该天线具有便于制作、尺寸小、较宽的WiMAX工作频段以及稳定的辐射方向图等优点,具有应用于北斗及WiMAX系统的前景,目前具有类似功能的小尺寸四频天线还相对较少。