现代信息与通信技术飞速发展和电子设备的不断升级,通信频带向多频段、宽频带发展。天线作为无线通信系统重要终端设备,其性能的好坏对整个系统的工作具有重要的影响。本文对天线理论数值算法分析的基础上,在研究大量加载模型的前提下,将耦合谐振枝节加载、槽隙加载、电容加载和分形几何结构等技术分阶段分维度综合运用,应用于天线外观结构设计;同时天线的设计灵感均来自于自然和人文,提出了将中国古典传统图案和仿生学特点融入天线结构设计的思想,将艺术形式融入技术研发。通过将天线几何结构与中国古典元素结构(本文在天线结构设计上用到了中国古钱币、窗花、回形纹等图案)及自然动植物外观(本文在天线结构设计上用到了花朵、树枝等图案)图形特点融合创新,利用多种加载技术之间的电磁耦合关系,通过控制加载深度和加载维度,实现移动终端内置天线的多频宽带化、小型化、高性能覆盖等性能。设计过程中,利用三维电磁仿真软件HFSS进行天线模型的搭建和优化仿真,对天线不同演化状态和不同迭代次数下的天线模型进行了对比仿真,根据中心谐振频点的匹配状况和频带覆盖范围进行了模型阶次的定型。对定型天线的阻抗谐振特性、天线表面电流的幅值和矢量、远场3D增益、E/H面内的方向图和交叉极化、增益和效率等电参数进行了仿真研究。为了便于比对不同天线的性能,本文统一采用介电常数为4.4,厚度为1.6mm的聚四氟乙烯玻璃布板(FR4)作为介质板材料,研制了三类共9款结构新颖的多频宽带,具备高辐射特性的小型化终端内置天线实物,并测试了包括回波损耗、方向图、增益和效率等相关性能参数。本文的主要工作和创新点总结如下:1.将传统的分形结构(自然界中具有不同外观结构的雪花、Sierpinski三角垫)应用于单极子微带结构天线的改进,提出了 4种结构新颖的天线:1)采用2阶Koch雪花与4阶Sierpinski三角垫组合的分形天线,尺寸为80×54mm2,工作在0.85-0.96GHz,1.22-1.54GHz,1.86-2.12GHz,2.4-3.22GHz,3.69-3.97GHz 和 4.84-5.98GHz 等六个频段,增益为1.39-4.94dBi; 2)采用环形结构的多频带Koch雪花分形天线,尺寸为 72×42mm2,工作在 1.4-3.13GHz,3.37-3.8GHZ 和4.12-5.95GHz等三个宽频段,增益为0.86-2.7dBi; 3)采用梯形共面波导结构的超宽带Koch雪花分形天线,实现了 1.5-4.9GHz超宽带的覆盖,增益为-1.7-2.35dBi,效率为31-64%; 4)利用3次迭代Koch雪花分形对正六边形辐射体进行开缝,形成了 Koch雪花分形缝隙天线,尺寸大小为 88.5×58mm2,工作在 1.6-2.05GHz,2.4-2.95GHz,3.5-4.05GHz和5.15-6GHz等四个宽频段,增益为0.21-7.79dBi,效率为 51-98%。2.结合仿生学特点,将自然界中进化了亿万年的具有不同外观形式的花朵、树枝及叶片图形应用于天线结构设计,提出了2种结构新颖的天线:1)采用2次迭代的具有六边形结构的W形仿花瓣分形多频天线,尺寸为 98×56mm2,工作在 0.6-1.05GHz,1.45-2.65GHz和4.25-4.55GHz等三个频段,增益为1.9-2.4dBi,效率为44.9-77.8%;2) 3次迭代的二叉形仿树枝分形天线,尺寸为50×40mm2,工作在1.85-2.9GHZ 和 4.9-5.5GHZ 两频段。3.将历经了千百年历史文化沉淀的具有中国元素特征的古典图案和民间、民俗等图案结构(古币、窗花、回形纹等)与天线辐射体结构融合创新,提出了 3种结构新颖的天线:1)根据中国古代铜钱外观特点,提出了五次迭代的方圆嵌套分形结构的古币结构分形天线,尺寸为 88.5×60mm2,工作在 1.43-2.97GHz,3.32-3.91 GHz,3.32-3.91GHz 和 4.85-5.41GHz 等四个宽频段,增益为 1.16-3.75dBi,效率为40-72%; 2)借鉴中国古典窗花特点,提出了多单元缝隙阵列的倒三角形结构多频天线,尺寸为60×55mm2,工作在2.23-2.65,3-3.52GHz和4-5.89GHz等三个宽频段内;3 )借鉴了中国传统文化“回形纹,”结构,提出了四矩形缝隙结构的多频段天线,尺寸为50×40mm2,工作在 2.88-3.44GHz 和 3.65-4.29GHZ 两频段,增益为 1.33-4.83dBi,效率为61-95%。以上9种天线测试结果与仿真结果比较吻合,验证了设计的合理性,同时均具有较好的全向辐射特性,较高的增益和天线效率,可覆盖 GSM900, DCS1800, TD-SCDMA,WCDMA,CDMA2000, LTE,5G,蓝牙,GPS、北斗、格洛纳斯、伽利略等卫星导航,WLAN和WiMAX等全部或部分通信频段应用。