电磁波在复杂环境中传播时,因为障碍物而产生直射、折射或反射从而导致多径衰落。多径衰落对通信系统来说是一种不利因素,它会影响系统的接收质量。在收发两端分别安装多幅天线的多输入多输出(MIMO)技术充分利用多径衰落,使通信系统的信道容量不仅突破了香农容量瓶颈,而且还可以成倍地提高。然而伴随着天线数量的增加,如何保证天线系统小型化的同时减小天线单元之间的耦合成了不容忽视的难题。近年来,超宽带(UWB)技术因其频段宽(3.1-10.6 GHz)、功耗低、速率高和抗干扰能力强等优势,成为无线通信系统的主流技术。由于UWB技术可以提供100-500Mb/s,而MIMO技术可以提高传输速率,将两者结合,即UWB-MIMO无线通信技术,则可以达到1Gb/s的高速率。分布在3.1-10.6 GHz UWB的频段范围内的还有其他的通信系统,比如3.5GHz全球微波互联接入WiMAX(Worldwide Interoperability for Microwave Access)、5.5GHz 无线局域网 WLAN(Wireless Local Area Networks)和7.5 GHz X波段等。为了减小它们对UWB-MIMO通信系统的影响,最直接有效的方法是设计具有陷波特性或者阻带特性的UWB-MIMO天线。因而研究具有高隔离度和多陷波特性的UWB-MIMO天线具有理论和实际意义。本文主要研究和设计了 UWB-MIMO天线及具有多陷波功能的UWB-MIMO天线,并进行了仿真分析与加工测试,结果表明天线具有较好的性能。主要研究内容包含:1)结合解耦和阻抗匹配的原理,设计了一款紧凑的单极子UWB-MIMO天线。天线采用两个由微带馈电的相同的圆形单极子作为辐射贴片,公共地板上的两个倒T型小孔用来改善阻抗匹配。从地板延伸出来的I型金属枝节不仅降低了天线单元之间的耦合,同时改善了低频段的阻抗匹配,从而实现了小型化。仿真和测试结果表明该天线结构相对紧凑,具有较宽的工作带宽,且有稳定的增益和全向辐射特性。2)针对大部分UWB-MIMO天线最多只实现三个陷波频段的问题,设计了两款分别基于极化分集和方向图分集的四陷波UWB-MIMO天线。首先设计了一款四陷波UWB天线,该天线由渐变微带线馈电的U型辐射贴片和半椭圆形地板构成。通过在辐射贴片上蚀刻L型枝节、CSRR(Complementary Split-Ring Resonators)环以及馈线左右对称分布的C型枝节来分别滤除3.5GHz WiMAX、5.25GHz 下 WLAN、5.8GHz 上 WLAN 和 7.5 GHz X 频段。基于极化分集的四陷波UWB-MIMO天线由于将两四陷波UWB天线单元相互垂直放置,因此获得了满意的隔离度。将这两个四陷波UWB天线单元水平放置,可以构建基于方向图分集的四陷波UWB-MIMO天线。公共地板上延伸出的三个金属枝节减小了端口间的耦合。结果表明这两款四陷波UWB-MIMO天线既可以覆盖UWB频段范围,又可以降低WiMAX、下WLAN、上WLAN和X频段对系统的干扰。同时去耦能力强,增益稳定,方向图性能良好。3)从天线单元自身结构减小尺寸是实现小型化的最直接方法。如果解耦单元能够改善低频段的阻抗匹配也可以实现小型化。结合这两种方法小型化方法,设计了两款基于对称切分法的多陷波UWB-MIMO天线。以切角矩形单极子天线为原型,对其进行对称切分,得到两个切角矩形单元。第一款三陷波UWB-MIMO天线将这两个切角矩形单元作为辐射器,从公共地板延伸出的T型结构作为去耦枝节降低了端口耦合,同时又改善了低频段的阻抗特性。通过在辐射贴片上蚀刻三个不同长度的倒L型槽来实现对3.5GHz WiMAX、5.5GHz WLAN和8.1GHz X频段的削弱。第二款四陷波UWB-MIMO天线同样以两个切角矩形单元作为辐射器,但是它对前一款天线进行了改进。它用性能更优的罗杰斯R04003C介质基片代替原来的FR4介质基片,并用类T型去耦枝节代替原来的T型去耦结构。通过在辐射单元上蚀刻一个蛇型倒L槽、两个倒L槽以及在馈线左右对称增加C型枝节,来获得3.4GHz WiMAX、5.3GHz下WLAN、5.8GHz上WLAN和8GHz X频段四阻带特性。测试结果表明,这两款基于对称切分法的多陷波UWB-MIMO天线设计方法正确、可行。