微带贴片天线和介质谐振天线（Dielectric Resonator Antenna，DRA）是适合现代无线通信发展的两种小型天线，它们的主要优点为体积小、重量轻、成本低、辐射效率高、馈电容易等。随着通信系统载频的升高，金属天线的导体损耗会增大，效率会变低。而介质谐振天线的导体损耗可以被忽略，并且其材料的介质损耗可以非常低，因此DRA很适合用于毫米波波段。尽管对DRA的研究开始于毫米波应用，其应用频段已扩展到较低频段。此外，与二维结构的贴片天线以及一维的单极天线相比，三维结构的DRA有更多自由度，这使得DRA的设计更加灵活。本文重点对DRA在方向图可重构、多频、宽带高增益、认知无线电等应用中的关键问题进行了研究。本文紧密结合DRA的多模特性，分析了圆柱DRA高次模的辐射特性，并根据其高次模设计了高增益、方向图可重构、多频段天线；针对现有高增益DRA带宽较窄问题，研究了如何实现宽带高增益的DRA；根据DRA多模工作时的宽带特性，对DRA在宽带通信中的应用做了研究。论文取得的主要研究成果为：1.详细分析了圆柱形DRA的辐射模式，对利用圆柱DRA的高次模提高其增益做了研究；研究了不同高次模的激励方法和不同高次模的辐射方向图，并根据DRA的高次模设计了方向图可重构天线；基于圆柱形DRA的高次模，通过引入环形贴片，设计了一个双频段DRA,再结合金属套筒本身的谐振，设计了一个三频段高增益DRA。2.对同时提高圆柱形DRA的增益和带宽进行了深入的研究：利用环形贴片TM12模的高增益特性提高了圆柱DRA的增益，研究了双环、三环贴片结构以及金属套筒对天线增益和带宽的影响，并以此为理论依据设计了一个宽带高增益DRA；对一个EBG结构的高增益DRA进行了改进，进一步提高了其增益和带宽；分析了堆叠结构DRA带宽增大和增益提高的原理，给出了设计堆叠结构宽带高增益DRA的设计流程，利用堆叠圆柱DRA的高次模和圆柱金属腔的谐振模，设计出了一个宽带高增益DRA，并用实验验证了设计方法的可行性与有效性。3.提出了利用介质谐振天线多模工作时的宽带特性以及单模工作时的窄带特性设计宽带集成窄带DRA的方法，并对其进行了试验验证。研究了如何降低在有限的空间里集成两个天线时两个天线之间的互耦。提出了将平面单极子的辐射贴片作为另一个缝隙馈电的DRA的地板的天线集成方法，使集成天线的结构更加紧凑。4.研究了竖直贴片激励的宽带矩形DRA，基于该结构设计了一个宽带集成窄带天线，并重点对该集成天线两个端口的隔离问题做了研究，提出了通过引入两个短路贴片以降低端口之间互耦的方法，该天线能用于认知无线电系统。5.研究了宽带通信中的干扰抑制问题，设计了一个用于宽带通信的宽带阻带天线。该天线通过一组对称的短路贴片和馈电贴片上的缝隙形成所需的阻带，与其它宽带阻带DRA相比，该天线具有较高的阻带驻波比。