随着无线通信技术的迅速发展,通信系统对于设备的性能与体积提出了更高的要求。这不仅仅需要电子设备能同时工作在多个频带,满足多通信系统的需求,也要求其处理信息的能力更加智能化。小型化设备的设计更体现了人性化的追求,便于设备的使用与推广。作为无线通信系统的最前端设备,天线的各种性能要求也越来越高。因此,天线的多频段工作和低剖面设计将成为主要的设计目标。本论文结合无线通信系统的具体需求,以实现天线的多频段与低剖面特性为设计目标,对双频带低剖面的全向天线、多频段的定向天线以及紧凑型多天线系统进行了深入的研究与分析。作者的主要工作与成果可以概括为以下几点:1.对多频段低剖面的全向天线进行了研究。针对全向天线的低剖面要求,提出了一种基于零阶谐振的双频低剖面微带单极子天线。天线以圆形贴片为基础,在其周围排列蘑菇型结构的短路贴片。应用蘑菇型结构形成零阶谐振,使其可以谐振在亚波长频段;同时利用圆形贴片和圆形环的TM02模式,使其具有类似单极子的辐射方向图。整个天线的设计都在普通的介质基板上,从而具有非常低的剖面(大约0.02λ)。双频微带单极子天线工作在两个频段,其垂直面方向图的前向位置具有一个较深的零陷,而水平面方向图则保持着全向辐射的特性。2.对多频段低剖面的定向天线进行了研究。针对不同的应用场景,提出了三种多频段低剖面的定向天线。首先利用EBG结构特性,其在理论上等效于理想磁导体,实现了基于双频带EBG反射板的低剖面定向天线;再者,在传统长方形贴片天线的基础上,将具有SRR缝隙的导体片平行放置在贴片与地板之间,从而实现天线的多频段工作特性。并利用SRR的不同性质,设计了双频和三频的低剖面定向天线;最后,提出了一种基于短路贴片与方形贴片构成的低剖面天线。天线采用阶梯阻抗的微带线进行耦合馈电,并利用U型反射板增加前向辐射。馈电处的耦合电容与短路探针的电感相互抵消,因此增加了高频段的带宽。双频带低剖面天线的阻抗相对带宽在低频段为1.6%,而在高频段可以达到60%。3.对紧凑型的多天线系统进行了研究。针对LTE通信系统对多天线的需求,设计了紧凑型的全向MIMO天线与定向MIMO天线。全向MIMO天线由改进的非对称双锥天线和多个印制对称振子组成,其中垂直极化天线单元可以工作在两个频段,而水平极化单元工作在高频频段。水平极化单元嵌套在垂直极化单元两个圆锥之间,从而整个天线系统结构较为紧凑。二者的隔离度大于25dB,满足了MIMO系统的要求。这种新颖的天线单独使用垂直极化单元时便可以应用在GSM900,CDMA800以及WCDMA等通信系统,而且同时利用垂直极化和水平极化单元就可以应用在LTE的系统中。定向MIMO天线由两个孔径耦合的短路贴片天线组成。天线通过H型缝隙馈电,天线单元之间的间距仅为4mm。通过修改短路面的形状,改变了地板上电流的耦合,从而利用缺陷短路面技术来提高天线系统隔离。