随着无线通信技术的高速发展,现代无线通信系统对天线宽频带、小型化、高增益、易集成等性能提出了越来越高的要求,因此高性能天线的设计成为业内研究的热点。传统的天线设计过程缺少清晰的物理概念和意义,因此对于分析和解决某些天线问题存在难度。近些年,特征模理论广泛应用于各种天线的分析和设计中,特征模理论具有清晰的物理概念,利用特征模理论得到的不同模式信息,能够描述各种形状的天线及散射体的谐振特性和辐射特性,有利于理解和指导高性能天线设计。本文在学习调研了国内外研究现状的基础上,根据无线通信系统需求,基于特征模理论设计高性能天线,具体工作包括以下两个方面:1.基于多层结构特征模理论设计了一款6×6矩形网格单元的超表面天线。文中详细论述了利用特征模理论指导超表面天线设计的过程,通过模式分析、馈电结构设计、模式优化等步骤,清晰地解释了其宽带辐射原理,实现了宽频带高增益的超表面天线设计。对该超表面天线进行了加工测试,其中心频率为6.6GHz,-10d B阻抗相对带宽为30.2%,法向增益处于7.3d Bi-10.5d Bi之间,可用于新一代Wi-Fi 6频段覆盖以及LTE物联网通信,天线电性能符合通信场景需求,具有良好的实际应用价值。2.基于经典特征模理论设计了一款置于飞机垂尾的超短波天线。在机载刀型天线的基础上通过经典特征模理论分析选定了具有谐振特性的模式,观察模式电流的分布特性,并在合适的位置进行馈电。采用引入切断缝隙、加载集总元件优化等措施,结合宽带匹配网络,实现了小型化(0.11?×0.08?)、宽频段(30-88MHz)超短波天线的设计。仿真结果表明天线在30-88MHz工作频带内驻波小于3.5,在31-86MHz频段驻波比在2以下,水平方向增益处于-10d Bi到0d Bi之间,具有良好的水平面全向辐射特性,满足设计指标要求。