开口谐振环(Split Ring Resonator,SRR)结构自从被提出以来,就成为了广大研究人员的研究热点。它不但可以作为人工超材料的构成单元,还可以应用在滤波器等微波器件的设计中,特别是它在天线领域的应用更是尤为多见。天线作为当代通信系统中必不可少的模块,具有辐射和接收电磁波的功能,其性能的优劣将直接决定整个系统能否正常工作。所以,如何将SRR这种高性能、易集成、低成本的结构应用在常用的微波天线中是一个十分有意义和挑战性的课题。本文利用SRR结构设计,加工和实测了多款微波天线,具体工作内容如下:一、超宽带陷波天线研究和设计1.首先推导并验证了UWB平面天线的初值公式,提出了火炬型辐射贴片和弧形地板的设计方法,该方法不仅可以优化阻抗匹配还能实现小型化。然后基于天线表面电流,矢量电场和磁场的分布状态,采用了在辐射单元上蚀刻同向三环CSRR(Complementary Split Ring Resonator)和在馈线两侧加载对称的SRR的方法来实现四陷波。并通过分析天线的端口阻抗,等效电路模型,谐振器尺寸和加载位置以及表面电流状态,阐述了频率抑制的原理。实测结果表明同向开口CSRR能够有效地应用在尺寸受限的天线上,同时天线工作频段为2.5-12 GHz(131%),满足UWB的要求,并且在3.5 GHz,5.2 GHz,5.8 GHz,8 GHz达到了陷波效果。2.基于单极子天线理论和矢量电流分布状态,分析了上述四阻带天线单极化的工作特性,进而利用单元合理布局的设计方法得到了一款两单元彼此正交的极化分集天线和一款四元天线。结果表明该方法使得天线无需加载额外的解耦结构就可以获得高隔离度,在3.1-10.6 GHz范围内,天线的S21都低于-20 dB。3根据对称天线在对称面处的磁壁效应,设计了P形辐射单元,这种对称切半的结构可以同时实现角度分集和小型化。天线的尺寸仅为21 mm 25 mm(0.33g?0.39g?),小于大部分同类型天线。然后基于对同向矩形CSRR结构的谐振特性和表面电流的分析,提出了一种新型的三陷波结构,该结构十分紧凑并且在3.5GHz,5.6 GHz,7.8 GHz具有良好的陷波效果。最后,设计并分析了CSRR地缝和类T形地枝这两个去耦结构,实测表明天线的隔离度提高了约13 dB。二、高隔离度MIMO天线研究和设计1.基于对倒F天线和曲流法技术的分析,采用了C形槽和L形寄生枝节来实现双频带和小型化。此外在空间受限的情况下,通过在地板上加载两个紧凑型的LSRR(Labyrinth split-ring resonator)结构来提高隔离度,并分析了该结构的媒质参数,数量,尺寸以及表面电流,阐述了抑制耦合的原理。根据上述方法设计的双频天线在两个工作频段内的S21都低于-25 dB,2.46 GHz的隔离度为47 dB。2.通过分析双频倒F天线的工作特性,提出了双层L形枝节的多频带实现方法,该方法能够有效地提高三频天线面积的利用率。由于天线单元间距更小,因此采用了另一款结构更简单紧凑的LSRR作为去耦单元。通过散射参数提取法和波导仿真模型得到两款LSRR的媒质参数并进行了对比分析。实测结果表明天线在三个工作频段内的S21都低于-20 dB,2.42 GHz的隔离度为35 dB。3.基于对单负磁导率材料的带阻电磁传输特性的分析,设计了一种双频去耦结构即在辐射单元间加载两种SRR谐振器。根据该方法设计了一款双频MIMO天线,重点分析了SRR结构的尺寸、加载数量、加载位置对互耦抑制的影响,并阐述了减小耦合的原理。实测结果表明该天线在两个工作频段内的S21都在-15 dB以下,2.48 GHz的隔离度达到了34.2 dB,5.34 GHz的隔离度达到了31.5 dB。