圆极化天线及可重构天线在提升接收灵敏度,增强信道容量,克服多径干扰等方面具有显著优势,已在现代无线通信系统中得到大量应用。本文对宽带圆极化天线及宽带可重构天线的研究现状进行了系统性总结,并对新型设计方法展开了深入研究。针对设计过程中所面临的关键技术难题,如紧凑型尺寸、宽频工作、良好辐射特性、多极化选择、多辐射模式选择等,从基本的辐射结构及其工作机理出发,提出了一些创新思路和技术手段。主要研究内容可归纳于以下几个方面。(1)针对圆极化天线在宽带、低剖面、高口径效率等方面的应用需求,研究设计了两款宽带低剖面定向圆极化天线。首先,基于二维周期性结构的慢波特性,提出了一种新型小型化宽带人工磁导体(Artificial Magnetic Conductor,AMC)反射面。将其应用于四正交偶极子辐射臂,实现了宽带高口径效率圆极化辐射。其次,采用超表面(Meta-surface)加载方法,设计了一种叠层的双圆极化贴片天线。分析了超表面结构对贴片单元辐射增益及端口特性的提升作用,在此基础上,利用多级3 d B耦合电桥设计了双端口馈电网络,实现了宽带低剖面高增益双圆极化工作,其口径效率较高,具有良好的工程应用价值。(2)针对定向超宽带圆极化应用,研究设计了一种紧凑型超宽带定向圆极化天线。从渐变缝隙辐射单元的小型化设计出发,提出了基于寄生短路贴片加载的阻抗匹配提升方法,并给出了其等效电路分析模型。采用宽带耦合线移相器和多级威尔金森功分器设计了正交移相馈电网络,对交叉的渐变缝隙辐射结构进行馈电,实现了超宽带圆极化辐射。设计了顶部加载的表盘型寄生金属带,很好地改善了天线在低频的前后比特性。所提天线不仅具备超宽带定向圆极化辐射能力,并且其结构紧凑、波瓣稳定,与其他设计相比,在带宽和尺寸上优势明显。(3)针对宽带多极化应用需求,采用多馈技术设计了两款四极化可重构天线。首先,提出了一种双端口宽带线极化(Linear Polarization,LP)单元,其端口间辐射波存在固有的180°相差,可极大简化馈电网络的设计复杂度。采用6个PIN二极管设计了输出模式可切换馈电网络,对正交的三端口辐射结构进行馈电,实现了带宽超过80%的定向四极化可重构,且方向图稳定,结构紧凑。其次,针对宽带全向多极化应用,分析了基于方形贴片对加载的四印制偶极子双模工作,并在此基础上,提出了水平极化(Horizontal Polarization,HP)单元和垂直极化(Vertical Polarization,VP)单元的嵌入式设计思想,极大地降低了天线剖面高度。设计了高效的馈电网络,仅使用4个控制电压,便实现了宽带全向四极化可重构,天线具备结构紧凑,直流功耗低等优势。(4)针对宽带多波束覆盖应用,研究设计了两款方向图可重构天线。一方面,介绍了短路探针加载的圆形贴片侧向辐射模式和锥形辐射模式,引入悬浮探针加载和间隙耦合馈电技术,显著提高了端口隔离度,使辐射特性得到改善。提出了T型馈电枝节,用于改善侧向辐射模式阻抗匹配,拓展工作带宽。采用4个PIN二极管设计了开关馈电网络,实现了期望的低剖面方向图可重构。另一方面,就宽波束覆盖应用,基于PEC(Perfect Electric Conductor)加载印制旋转偶极子结构,设计了一款宽带多方向图可重构天线。通过合理布局偏置电压线,控制寄生金属条的接地状态,以及优化偶极子臂的旋转角度,使天线在一个紧凑的尺寸下获得了较宽的阻抗带宽,且半功率波束可覆盖整个上半空间。上述天线有望在车载GPS定位、卫星通讯、微波成像、宽角扫描相控阵等系统中获得应用。