超宽带技术在雷达、无线通信和室内定位等方面都有着重要应用,但因为其工作带宽较宽、辐射功率较低,所以很容易受到来自带内和带外的干扰。通常的解决方案是采用级联在超宽带天线后端的滤波器来抑制各种干扰,然而,这又不可避免地带来了系统体积的增加、研制成本的上升等一系列问题。因此,研究具有良好带内外滤波特性的超宽带天线,对于未来超宽带技术的发展具有重要的理论意义和应用价值。本文以缝隙天线和单极子天线为研究对象,对超宽带天线的边带的选择特性和带内滤波功能展开研究,提出并设计了几种不同的超宽带滤波天线。同时,根据缝隙天线在高频呈现定向特性这一特征,在滤波缝隙天线的基础上进行了定向特性和MIMO(Multiple-Input-Multiple-Output)天线组阵技术的研究。本文的主要研究内容和成果描述如下:1.提出了两款具有高边带选择性的超宽带缝隙天线。通过设计具有低通滤波功能的阶梯阻抗馈电微带线和引入窄带缝隙槽的方法改善了超宽带缝隙天线上下边带的选择特性,在保证良好辐射特性的同时,反射系数曲线的矩形系数K,即-3dB带宽和-10dB带宽的比值,可低至1.04;进而,为了解决阶梯阻抗馈电天线在带内阻抗特性上的不足,提出一种缺陷地结构滤波缝隙天线。该天线通过引入了缺陷地结构来增加更多的谐振模式和产生更多的传输零点,这样不仅能够保证上下边带的高选择性,同时也能较大幅度地改善带内的阻抗特性。该设计的矩形系数K可低至1.05,而且带内反射系数最大值下降为-14dB,辐射效率升高至90%,相比阶梯阻抗馈电滤波缝隙天线分别提升40%和12.5%。2.提出了一款圆形单极子滤波天线。综合考虑天线和滤波器的结构和特征,以圆形单极子天线的辐射结构作为枝节加载,设计了一款圆形加载多模谐振的带通滤波器,并用该滤波器来取代天线50Ω的馈电微带线。该滤波器和天线拥有相同的谐振模式,避免了采用阻抗变换增加天线尺寸的问题。在不增加单极子天线尺寸的条件下,得到具有较好边带选择特性和带外抑制的超宽带圆形单极子天线。实测结果表明该天线矩形系数K=1.15,相对带宽达119%,覆盖2.8GHz到11GHz的频率范围。3.提出了一款具有高矩形度的宽阻带多频陷波天线。通过引入多种缝隙结构以及ρ型的寄生结构,实现了单极子天线四频和五频陷波的功能。进一步,利用滤波器中多个谐振结构之间可以形成较宽谐振频点的原理,在多频陷波天线的基础之上,设计出带宽可控型的寄生结构,实现了单极子天线四频和五频陷波的功能。进一步,利用滤波器中多个谐振结构之间可以形成较宽谐振频点的原理,在多频陷波天线的基础之上,设计出带宽可控且具有较好矩形度的宽陷波天线。4.提出了两款不同的可重构滤波天线。一种是基于圆形单极子设计的可重构超宽带滤波天线,通过PIN二极管控制天线辐射贴中T型微带线之间的连通,实现了三种工作模式可重构。另一种是基于缺陷地结构滤波缝隙天线设计的可同时实现带内和带外滤波功能的可重构缝隙天线。该天线保留了缺陷地结构缝隙天线带外滤波特性的同时,通过耦合的方式引入两条和馈电微带线平行的微带线,并和两个二极管组成可重构滤波结构实现多种工作模式。该可重构天线陷波结构与天线辐射相互独立,无需添加隔直电容,偏置电路相对简单,对辐射贴片的影响较少。5.基于缺陷地结构滤波缝隙天线以及其它缝隙天线前后轴比随频率变化的关系,提出了一种具有定向辐射特性的缺陷地结构滤波缝隙天线。利用近距离加载原理,通过在缝隙槽的开口方向引入无源端子和矩形槽,使得缝隙天线在整个工作频段内呈现出较大的前后轴比和定向特性。利用定向天线的定向特性实现角度分集,使MIMO天线中不同单元辐射无交集,从而实现MIMO天线单元之间的高隔离度。该二单元MIMO缝隙天线在不添加任何去耦结构的情况下,在工作频段2.5-11.6GHz隔离度大于15dB,在6-11GHz隔离度优于30dB。