偶极子天线有大带宽，高增益，方向图稳定等良好的辐射特性，所以在无线通信领域得到广泛的应用。尽管偶极子天线的提出已有一个世纪之久，但对它的研究依然经久不衰，很多新的偶极子天线被提出。近年来，利用方向图互补原理以获得稳定辐射特性成为偶极子天线研究的一个热点，主要方法有三种：1.磁电偶极子天线，将电偶极子和磁偶极子结合在一个天线单元里面，以实现两个极化平面内方向图的互补；2.交叉偶极子天线，将两个电偶子垂直交叉放置，以实现两个极化平面内的方向图的互补；3.多偶极子天线，将电偶极子和同相二元阵列结合起来以实现两个极化平面内方向图的互补。
　　本论文主要研究的是用于移动通信基站方面的定向偶极子天线，基于互补理论，提出并设计了七款定向偶极子天线，对其工作原理进行了详细的阐述。这七款天线都被加工和测量，以验证设计的合理性。本论文的主要研究工作有：
　　1．研究了环形偶极子的特性。电偶极子单元有线偶极子，面偶极子和环偶极子。这几种电偶极子的特性相似，线偶极子和面偶极子不同之处是偶极子的横向宽度，而环电偶极子是将面电偶极子中间挖空得到的。相比窄条形线偶极子，宽条形面偶极子天线能实现更宽的阻抗带宽。但是，偶极子横向宽度的增加，将会产生更大的端面电流，从而恶化了天线的交叉极化性能。为了阻断面偶极子上的横向端面电流，我们将面偶极子的中间部分挖空，形成环形偶极子。基于这种思想，我们将环形偶极子和同相二元阵列结合起来，设计了三款环形多偶极天线。其中两款为双极化天线，并且一款双极化天线为差分馈电的天线。这三款多偶极子天线都具有良好的辐射特性，与线性偶极子天线相比，阻抗带宽得到了增加，而且交叉极化特性也很好。
　　2．提出了一种通过电容耦合馈电的双交叉偶极子双极化天线，此天线的本质是交叉偶极子天线，只不过是两对偶极子的交叉。其中一对大的交叉环形偶极子主导天线的低频性能，一对小的交叉环形偶极子主导天线的高频性能。这两对大小环形偶极子都通过电容耦合馈电，馈电装置为一对Y形馈线和H形耦合器。我们给出了该天线的等效电路模型，阐述了其工作原理。此偶极子天线有四个谐振点，因而带宽被大大地拓宽。此外，我们研究了加载了闭口环谐振器缝隙的环形偶极子天线，这种缝隙可以增加天线的带宽，并增加了一个谐振点。
　　3．提出了一种折叠环形偶极子天线。折叠环形偶极子上有反向电流，从而会损害其辐射性能，所以很少用于天线的设计。我们通过在其上添加一个环形的寄生单元来抑制折叠环偶极子上的反向电流，寄生单元上的电流和折叠环形偶极子上的反向电流形成一个环路，彼此相互抵消，从而大大的地改善了折叠环形偶极子的辐射特性。该天线有很宽的波束宽度，适用于三扇区的移动基站。
　　4．提出了一种新的交叉偶极子天线。一般的交叉偶极子只有两个谐振频点，而此交叉偶极子天线有四个谐振频点，因而具有更宽的阻抗带宽。另外，传统的交叉偶极子单元一般都是环形结构，而在此天线中，我们采用了一种特殊的结构作为偶极子单元，并且交叉偶极子单元的一部分组成了共面带状线，相当于引入了一个阻抗变换器，从而大大地改善了天线的带宽。