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铁路无线通信有着线状分布的特点,应用于铁路通信的天线应具备窄波束、高增益的特点。基于偶极子天线和八木天线理论,本文首先设计了一款可应用于铁路无线通信的高增益窄波束天线,并探究了其宽带特性,使天线拥有较宽的工作带宽。基于已设计的高增益宽带八木天线设计了适用于铁路通信的双频段高增益天线和适用于隧道环境的双极化高增益天线。本文设计的900MHz频段高增益八木天线采用印刷偶极子天线作为有源辐射单元,添加金属反射板和一定数量的引向振子以提高天线增益,使天线辐射能量聚集于端射方向,波束宽度较窄。在偶极子天线两端添加正方形枝节结构拓宽了天线带宽,添加耦合贴片优化天线匹配特性。天线采用非等间距和非等长度的引向振子,最大化提高天线增益和拓宽天线带宽。天线-10dB带宽为256 MHz（744-1000MHz）,相对带宽29.3%,相较于未添加正方形枝节和耦合结构的高增益八木天线,绝对带宽提高了83MHz,相对带宽提高约10%。天线在-10dB工作频带内最大增益平均值为14.2dB,在885-935MHz频带内最大增益平均值为15.9dB,E面和H面平均波束宽度分别约35°和36°,前后比大于24dB。由于铁路无线通信存在多频工作,本文基于已设计的900MHz频段高增益天线设计了450MHz频段高增益八木天线,将两部天线结合设计,采用正交放置降低两频段间耦合,实现450MHz和900MHz频段双频工作。添加反射振子优化了双频天线900MHz频段匹配特性,使900MHz频段的增益提高约4.7dB。天线在455-470MHz和885-935MHz频段平均增益分别为13.6dB和14.9dB,两端口隔离度大于30dB,半功率波束宽度分别在50°和35°以内。为解决电磁波在隧道中传播时的多路径衰落问题,设计了一款双极化高增益天线。天线以900MHz频段宽带高增益八木天线为基础,将两部线极化的天线正交放置,通过合理的错位排布降低天线间耦合,实现天线的±45的双极化工作,天线两端口隔离度大于30dB,在885-935MHz频带内两个端口的S11均小于-15dB,带内最大增益的平均值约15.3dB,天线半功率波束宽度小于40°,具有较强的方向性,可有效解决信号传播的多径衰落问题。