分形微带天线具有多频工作特性,在新兴的天线集成技术中有着良好的开发应用前景。本文首先介绍了微带天线的基本理论和工程设计方法,包括传统的微带天线理论模型、用于微带天线研究的典型电磁场数值计算方法和一些天线设计的经验公式,简要介绍了目前流行的电磁分析商用软件。在此基础上,基于HFSS和Ensemble等先进的电磁分析软件,完成了以下两方面的研究工作:(1)着重研究了典型的分形微带贴片天线的多频特性,探讨了分形结构的微带天线产生多频特性的机理,对一至三阶单层Sierpinski carpet分形微带天线进行了大量仿真计算和优化设计,对这种分形微带天线的谐振曲线,带宽,阻抗特性和方向性等天线参数进行了详细的考察和分析。加工了一至三阶的单层Sierpinski carpet分形微带天线样品,并进行了实验测试。测试数据和仿真计算结果一致。(2)为了克服单层分形微带天线频带窄的缺点,利用不同的分形微带结构单元的多频谐振特性,提出了一种新型的准分形多层微带天线,有效地展宽了天线的阻抗带宽。这种新型的宽带多层天线采用Sierpinski carpet分形贴片,并通过修改贴片形状来调整不同层面上的天线的谐振特性。在进行了充分的仿真计算的基础上,选取了优化设计方案,分别加工和测试了一个双层分形微带天线和三层分形微带天线。测试结果和仿真优化计算结果一致性良好,两个天线分别达到了28%和24%的相对带宽,有效地增大了分形微带天线的带宽。本文研究结果表明,分形微带天线具有独特的优点,结合传统微带天线展宽频带的方法,可以设计宽带分形微带天线,大大地拓展微带天线的应用范围,在天线集成技术等方面具有很高的实用价值。使用电磁分析商用软件来进行天线设计具有较高的可靠性和有效性,可以提高天线分析和设计的效率,降低成本。