随着现代无线通信技术的飞速发展和各种电子终端设备数目的急速增长,越来越多的通信频段被占用,使得本来有限的频谱资源更加紧张。为了满足更多的用户需求,必须追求更高的频谱效率,而提升频谱效率的同时往往会增加相近频段之间的信号干扰。通过在系统中加入滤波器,可以消除无用信号对通信系统的干扰,但随之带来的代价是系统尺寸的增大和损耗的增加。另外,由于MIMO(多输入多输出)技术在5G移动通信系统中的大量应用,天线和滤波器数目也会呈现爆炸式的增加,系统的体积和损耗增加就更为严重。为了实现通信系统的小型化和低耗化,业界提出了滤波天线的概念,即将滤波器集成到天线中,集滤波和辐射功能于一体,不仅节省了空间和成本,实现了系统的小型化,而且有助于降低工作于相邻频段天线间的干扰。本文针对宽带滤波天线进行了深入研究,并在此基础上设计了几种不同形式的滤波天线。论文的研究内容主要包括以下几个部分:1.设计了一款具有近似椭圆滤波响应的宽带磁电偶极子天线。不同于传统的磁电偶极子天线,该款天线采用叉形微带线耦合馈电,扩展了天线的带宽。合理利用磁电偶极子天线通带下边缘的固有零点,不需要引入其他滤波结构,降低了天线的复杂度。并且,首次提出了一个数学模型解释其产生原理。四个驱动枝节与磁电偶极子的短路墙直接相连,用来激励平面偶极子,在通带上边缘成功实现了一个辐射零点,有效提升了天线的滤波性能。其工作原理可以通过等效电路来解释。为了进一步抑制低频阻带的带外辐射,天线引入了两个对称的四分之一波长的U形短路枝节,在低频阻带又产生了一个辐射零点。为了验证分析的正确性,对天线实物进行了加工和测试,测试结果表明天线实现了一个53.5%(2.95-5.1 GHz)的工作带宽,带外抑制大于17.9 d B。另外,天线在整个工作带宽内获得了8 d Bi的辐射增益和良好的辐射方向图。2.设计了一款宽带双极化磁电偶极子滤波天线。该天线由辐射贴片、竖直短路墙、地平面和馈电结构四部分组成。采用微带-缝隙耦合馈电的方式,极大地扩展了天线的带宽。利用磁电偶极子天线的固有特性,不用引入滤波结构便可在通带下边缘实现一个辐射零点,减少了设计的复杂度。在辐射贴片内部嵌套一个寄生贴片,成功地在通带上边缘引入了一个辐射零点,获得了良好的滤波响应。仿真结果显示,天线实现了78%(2.65-5.69 GHz)的相对带宽。带外抑制水平高于18 d B。在整个工作频带内,天线获得了8 d Bi的辐射增益和良好的辐射方向图。3.设计了一款宽带高增益三槽双向辐射滤波天线。基于辐射相消理论,在传统的槽天线的基础上,引入两个长度不同的寄生辐射槽,分别在通带的上下边缘各引入了一个辐射零点,实现了良好的滤波性能。另外,对影响天线性能的重要参数进行了扫参分析。测试结果表明,天线具有56.8%(2.9-5.2 GHz)的工作带宽,低频带外抑制高于10 d B,高频带外抑制超过15 d B。在整个通带内,天线实现了5 d Bi的高辐射增益和稳定的辐射方向图。在此基础上,设计了一款宽带高增益三槽定向辐射天线。在上述天线下方约四分之一波长处引入一金属反射板,实现其定向辐射。同时,在天线的四个角引入四根金属柱,使其短路到地。一方面抑制低频的杂散辐射;另一方面,用来支撑天线结构。另外,还建立了等效模型来解释其杂散辐射抑制原理。为了验证,对天线进行了实物加工和测试。测试结果与仿真结果吻合良好。天线实现了56.8%(2.9-5.2 GHz)的阻抗带宽,低频带外抑制水平高于28 d B,高频带外抑制水平高于23 d B,展现了良好的滤波特性。同时,在整个工作带宽内,天线实现了10 d Bi的高辐射增益和稳定的辐射方向图。