随着现代通信技术的发展,各类无线通信系统对天线的隐蔽性和环境适应性提出了越来越高的要求。水天线因其具有高透明度、可塑形、成本低等优势,在对与可见光波段设备共形、隐蔽性等方面存在特殊需求的侦查、通信应用中具有广阔的应用前景,吸引了很多人的关注。本论文对水天线的可重构设计理论和技术进行了深入系统的研究,具体研究工作如下:1.提出了一种双波束与全向波束可重构纯水环天线:该天线将截面为圆形的水柱弯曲成环,用以代替传统环天线中金属环,水柱用透明树脂水管盛放。通过对水环平衡馈电,激励起中心对称的电场沿水柱传输。通过对该天线结构的各项参数进行优化设计,获得较宽的阻抗带宽和较高的增益。控制环形水管内纯水的水位,使管中水柱的形状在环与两段弧形间切换,分别对应纯水环天线与纯水偶极子天线,进而实现天线方向图的可重构。经测试,环状态下,天线生成双波束,阻抗带宽为87.5%,最大增益为4.7 dBi;偶极子状态下,天线方向图为全向,阻抗带宽为89.7%,最大增益为1.7 dBi。2.提出了一种笔状与类锥状波束可重构纯水喇叭天线:基于高介电常数介质层对入射电磁波的阻隔与反射特性,提出采用纯净水薄层代替金属壁形成水壁矩形波导,并将水壁矩形波导的泄漏损耗问题反向利用于漏波天线的设计中。随后在此基础上通过控制水流注入不同夹层改变天线形状,使天线在H面喇叭与开口波导两种状态间切换,实现方向图可重构。经测试,H面喇叭状态下天线阻抗带宽为70.1%,方向图为笔状波束,最大增益为11.8 dBi;开口波导状态下阻抗带宽为74.7%,方向图为张角35°的类锥状波束,最大增益为7.8 dBi。3.提出了一种工作模式可重构纯水短背射天线:提出用水壁代替传统短背射天线中的金属制主反射器、副反射器与边环,并通过改变馈电系统中水管的注水情况,使该天线能够在笔状波束短背射天线、张角可调锥状波束天线与频率可调单极子天线这三种工作模式之间切换。笔状波束短背射天线模式下,该天线生成笔状波束,阻抗带宽为11.3%,最大增益为10.8 dBi;张角可调锥状波束天线模式下,该天线生成锥状波束,阻抗带宽为5%,锥状波束张角可在25°与60°间切换,其中张角25°时最大增益为6.8 dBi,张角60°时最大增益为2.7 dBi;频率可调单极子模式下,天线可调带宽达50%,方向图呈全向,增益为2.7 dBi。作为第二种张角可调锥状波束模式的补充,提出了一种张角可调锥状波束水栅天线,该天线以低介电常数接地介质板做表面波径向波导,在其表面上刻蚀同心环形周期凹槽,通过控制水流注入凹槽的不同状态获得不同扰动周期,使锥状波束在固定频率下张角能够在20°与35°间切换,其中20°状态下天线增益为10.8 dBi,35°状态下增益为9.5 dBi。该天线以低介电常数接地介质板做表面波径向波导,在其表面上刻蚀同心环形周期凹槽,通过控制水流注入凹槽的不同状态获得不同扰动周期,使锥状波束在固定频率下张角能够在20°与35°间切换,其中20°状态下天线增益为10.8d Bi,35°状态下增益为9.5 dBi。4.提出了两种极化可重构纯水螺旋天线:将介质波导辐射模的概念引入水天线的设计,提出用截面为圆形的纯净水柱代替金属线构成轴向模螺旋天线,设计了一款纯水螺旋天线,并对其辐射原理与特性进行了研究。随后在纯水螺旋天线原型的基础上提出了两种极化可重构纯水螺旋天线,分别对这两种天线进行测试。第一种右旋圆极化及线极化可重构纯水螺旋天线的极化方式可在右旋圆极化与线极化之间切换,两种极化状态的阻抗带宽约为87.9%,其中右旋圆极化状态下轴比带宽（AR＜3 dB）为51.4%,最大增益为10.5 dBic,线极化状态下最大增益为9.5 dBi。另一种为左右旋圆极化可重构纯水螺旋天线,该天线左右旋圆极化状态下阻抗带宽约为87.9%,轴比带宽约为50.3%,右旋圆极化状态下最大增益为10.5 dBic,左旋圆极化状态下最大增益为10.1 dBic,并且该天线能很方便地组成阵列,从而获得在左旋圆极化、右旋圆极化与线极化三种状态间切换的能力。