近年来,随着现代科技的快速发展,人们对无线通信设备性能的要求越来越高,而无线通信设备的优劣取决于天线性能、发射机功率频谱、接收机灵敏度、信号处理技术等多个方面。天线作为无线通信系统的最前端,可以用来发射和接收电磁波,在系统中的地位十分重要。为了满足现代无线通信系统对大容量数据传输的需求,融合了多种通信技术标准的多频带和宽频带天线逐渐走入人们的视野。另外多输入多输出(MIMO)技术采用多个发射天线和接收天线,利用信道的多径效应实现信号的不相关性,可以在不增加工作频带和发射功率的前提下提高信道的容量及质量。同时本文对天线的极化,尤其是线极化、圆极化和极化分集技术进行了系统的分析,并将其应用到了多频带、宽频带天线以及MIMO多天线系统中,实现了天线的多功能性。本文的主要工作为:1.分析了多频带/宽频带天线与MIMO多天线技术的研究背景和发展现状,对多频带天线、宽频带天线以及MIMO多天线系统的特性和实现方法进行了系统的研究。同时对天线极化的概念、分类以及实际应用进行了总结和概括,着重阐述了线极化、圆极化以及极化分集技术的原理和作用,为论文后述工作奠定了理论基础。2.在多频带天线和天线极化的理论分析基础上,提出了多种新型的小型化多频带多极化天线,并对其阻抗匹配、辐射和极化等特性进行了研究和讨论。首先提出了一种集成有GSM1800/WCDMA/WLAN/UWB多通信标准的小型化多频带天线。在各个工作频带内,天线具有良好的线极化特性。通过天线的等效电路模型对该天线的谐振特性进行了等效,解释说明了该天线的设计原理。其次提出了一种基板层叠型双频带圆极化天线,通过多层基板技术实现了双频带工作模式,并通过切角和互补型开口谐振环加载技术实现了天线在不同工作频带上的圆极化特性。另外,本文提出了两种具有多频带圆极化特性的单极子天线,天线通过单极子实现超宽频的阻抗特性,通过微扰和切槽等方法实现了多个频带的圆极化特性,并对天线的轴比特性进行定量分析,成功解释了天线多频带圆极化模式的设计原理。3.在无线通信系统设计中,天线的宽频带特性和圆极化特性显得尤为重要。本文提出了多种共面波导馈电的宽带圆极化缝隙天线,以满足人们对宽带圆极化天线的需求。首先提出了一种共面波导馈电的刻蚀有S型槽的宽带圆极化天线,该天线同时具有宽带阻抗和宽带圆极化两种特性,并通过对天线表面的电流分析以及对天线结构参数的定量分析成功解释了宽带圆极化天线的工作原理。其次提出了一种刻蚀有嵌套L型槽的定向辐射型宽带圆极化天线,通过在天线背侧1/4波长处放置金属反射板,实现宽带圆极化天线的单向辐射特性。本文还提出了一种小型化宽带圆极化缝隙天线,该天线采用级联型阶梯馈线和链接型宽缝隙结构增加了天线的等效电流长度,在不影响天线阻抗以及圆极化带宽的前提下实现了天线的小型化,本文还给出了这类缝隙天线的电场分析方法,用于解释天线圆极化辐射的工作原理。4.提出了两种适用于移动终端通信的高隔离双频带MIMO天线阵列。利用极化分集原理,在一定程度上实现了MIMO天线阵列中不同天线间较高的隔离度;另外,在极化分集技术的基础上,提出了一些新型去耦合方法进一步提高MIMO系统不同天线单元之间的隔离度。这两种MIMO天线阵分别由六个和八个双频带平面倒F天线单元组成,天线具有全向辐射特性和小型化特性。5.针对基站天线提出了一种16元宽带MIMO天线阵列,该天线阵列由十六个宽带偶极子天线单元构成。运用天线的极化分集原理,实现了MIMO天线阵列有限空间内多个天线间的高隔离度特性。同时设计了一种具有宽带特性的人工磁导体,对其等效电路和基本原理进行了分析和讨论,并将周期性人工磁导体紧贴偶极子天线单元背侧放置,实现了天线的高增益、单向辐射特性,并在一定程度上降低了天线阵列的剖面。