在无线通信系统中,作为射频前端的两个关键部件,天线和滤波器传统的设计方法是分别按标准阻抗各自进行设计和优化,然后通过标准阻抗传输线连接在一起,然而这不仅占用额外的电路面积,也恶化系统的性能。因此,从天线和滤波器的整体性能出发,将天线与滤波器进行一体化设计,构成新型的滤波天线,可以减小系统的尺寸和重量,提升射频前端的性能。同时,无线通信系统对信息传递的大容量、高速率的要求促使了宽带滤波器和天线的发展。另一方面,为适应复杂多面的通信环境,进一步提高数据传输速率、提升频谱利用率,可重构天线和MIMO天线被国内外学者广泛探索和研究。此外,由于差分电路具有高线性度、高共模抑制、低噪声等特性,射频前端电路常采用差分技术。由差分信号直接激励的差分天线可以直接与差分电路连接,从而避免巴伦的使用,提升了系统的集成度和性能。本文针对宽带微带滤波天线展开研究,研制了方向图可重构宽带滤波天线、具有高共模抑制的差分宽带滤波天线以及差分MIMO宽带滤波天线。本文的具体工作和创新如下:1、第二章主要介绍了经典的单极子天线和多模谐振器基本理论。在此基础上,利用滤波器的设计方法将天线等效成滤波器的最后一个谐振器和负载,其谐振频率置于多模谐振器前两个谐振频率之间,并与谐振器的两个谐振频率形成带宽可控的三阶宽带微带滤波天线。与传统天线相比,设计的滤波天线具有良好的带内匹配特性和通带边缘选择性以及平稳的带内增益曲线。2、第三章在宽带微带滤波天线的基础上,引入准八木结构,提出了四阶方向图可重构宽带微带滤波天线。通过在天线背面添加金属条带,并利用PIN二极管将之与天线地面连接起来,当PIN管导通时,金属条带充当反射振子将滤波天线方向图反射至与之相反的方向。在方向图状态切换时,由于天线谐振频率置于多模谐振器前两个谐振频率之间,其带宽和带内特性基本保持不变。最后对中心频率为5.2GHz,相对带宽为25%的方向图可重构滤波天线进行实物加工,测试结果与仿真结果吻合良好。3、第四章对缝隙谐振天线相关理论和差分馈电网络展开研究,研制了一款具有高共模抑制的差分宽带滤波天线。在共模信号激励下,由于缝隙上无法形成垂直于缝隙宽边方向上的电场,因此不能有效工作,实现了共模抑制。在此基础上,将四个同样的差分滤波天线按照中心对称分布放置,研究设计出了差分MIMO宽带滤波天线。根据缝隙谐振器的电磁场分布特性,将相邻的两个滤波天线单元垂直放置,在间距仅为0.05波长下实现了良好的隔离特性。由于天线谐振频率置于多模谐振器前两个谐振频率之间,差分MIMO滤波天线的相互耦合未影响其滤波特性。论文对中心频率为5.2GHz,相对带宽为25%的差分滤波天线及其构成的差分MIMO滤波天线进行实物加工,测试结果与仿真结果吻合良好。