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UWB-MIMO天线同时具备了超宽带技术超高数据传输速率、极大系统容量、低成本、低功耗等多项优点以及多输入多输出技术信道容量大、频谱效率高等卓越性能,因而吸引了天线设计领域的广泛关注与研究。左手材料具有很多天然材料无法比拟的电磁特性,应用不同结构的左手材料单元,对增加天线多频特性、提升增益、拓展宽带、改善辐射方向性等性能提供了更广阔的设计途径。本论文旨在研究UWB-MIMO天线设计中超宽带天线单元、陷波结构、去耦结构等,特别是左手材料单元结构在其中的应用,设计了一系列基于蝶线形结构的左手材料单元,提出了几款结合左手材料单元结构,实现陷波功能、高隔离度、小型化等特点的UWB-MIMO天线。主要工作内容概括如下:首先,提出了一款结构简单、双负特性良好的蝶线形左手材料单元结构,该结构可以在5.64～6.65GHz实现左手双负频段。随后基于蝶线形基本结构,针对不同应用进行了四种形式的变形拓展:第一种是加载SRR的蝶线形左手材料单元,实现双频段(3.75～4.02GHz和5.50～6.25GHz)的左手双负特性;第二种是弧线尾翼蝶线形左手材料单元,拓展了左手双负频段的带宽:5.91～7.54GHz;第三种是比翼对联蝶线形左手材料单元,探讨研究了蝶线形结构镜像相连垂直摆放的情况,能够在不改变整体轮廓尺寸下,将左手频带从5.64～6.65GHz变为4.85～7.08GHz,不但覆盖了更低频段,还大大增加了左手双负频段的带宽;第四种是蜿蜒蝶线形左手材料单元,在缩小尺寸20%的情况下,使结构在3.75～4.28GHz频段实现左手特性。然后,提出了一系列以类苯环形结构为基础,尺寸仅为22mw×38mm×1.6wmm共面波导馈电的UWB-MIMO天线,文中分析了类苯环叠层生长及不同地板结构对超宽带阻抗匹配的影响,探讨了基于二阶类苯环UWB-MIMO单元同向并排、反向并排、正交分布三种摆放方式对隔离度的影响。采用矩形金属条带对同向排放MIMO天线进行去耦,隔离度优于-22dB,引入比翼对联蝶线形左手单元结构使反向摆放MIMO天线隔离度优于-23dB。另外,通过加载经典左手特性的圆形SRR开口谐振环作为陷波结构,使天线在5.42～5.74GHz频段内形成阻带。最后,提出了一款基于蝶线形左手单元结构微带馈电的UWB-MIMO天线,尺寸仅为27/mm×30mw×0.8mm。且通过在地板加载1/4波长寄生枝节实现X波段可控陷波功能,采用缺陷地技术改善天线阻抗匹配,通过地板开槽技术大大降低了端口间的耦合,使隔离度在绝大部分频段低于-25dB,工作频带覆盖了 3.10～10.92GHz,增益稳定在2～4dB。该款天线尺寸小、剖面薄、增益高、性能优,可以很好地应用在手持设备等高速短距离通信场合。