随着现代无线通信技术的发展,多功能通信系统的应用越来越广泛,同时对天线罩的设计提出了更高的要求。为了保证多种场景下无线通信系统的运行良好,研究高性能天线及天线罩的设计具有重要的意义。因此,研究全向圆极化天线设计、频率选择表面设计等技术,实现一副天线多种功能,是未来天线及天线罩的发展方向。另一方面,随着5G技术和物联网应用技术的发展,给毫米波波段天线加装的天线罩,以及能确保电磁波跨介质传输的防护性天线罩也是近年来学者们关注的研究方向之一。本论文结合近年来天线罩的研究热点进行了研究,所取得的主要成果可以分为几方面,具体内容如下:1.对高增益全向圆极化天线的设计方法进行了研究。从同轴缝隙结构出发,分析了不同同轴缝隙结构的电场分布。基于同轴缝隙理论,利用外导体开缝结构,通过变极化设计,提出了两款高增益全向圆极化天线的设计方法。(a)采用螺旋缝隙结构,设计了一款外导体刻蚀有缝隙的圆极化天线。首先,在单极子天线周围包裹低损耗介质,起到保护天线与固定金属外罩的作用。其次,在金属外皮上刻蚀单臂螺旋缝隙,通过内部电场激励这些缝隙,达到辐射圆极化波的目的。此外,为了改善远场轴比性能,在外导体上还刻蚀有轴向的矩形缝隙,用于调节远区辐射场分量的幅度。(b)提出了一款基于同轴缝隙结构,加载倾斜缝隙的高增益全向圆极化天线。首先,在天线顶部和底部利用两个圆盘结构起到支撑整个天线系统的作用,其次,通过天线金属外皮上刻蚀的三组尺寸不同的倾斜缝隙,实现了全向圆极化波的辐射。在与倾斜缝隙垂直的方向上刻蚀了相应的矩形缝隙,通过调节两组缝隙尺寸的比例,可以起到改善方位面上全向圆极化轴比性能的作用。2.研究了小型化频率选择表面设计技术。从FSS的基本理论分析出发,分析了分形加载、方框嵌套和加载金属化通孔的小型化FSS的实现方法和各自的特点。结合实际应用,利用方框嵌套和加载金属化通孔组合的小型化FSS的方法,设计了一款可用于天线罩的A夹层型双层小型化的FSS。该FSS由两层镜像对称的FSS构成,中间夹层为低介电常数的蜂窝层,起到了改善带内特性的作用。为了降低对空间电磁波的损耗,同时保护FSS金属贴片,给上下两面都覆盖了和FSS基板介电常数相同的盖板,分别研究了耶路撒冷十字条端长度、蜂窝层厚度和FSS周期的变化对FSS的频率响应和带宽带来的影响。3.对跨介质传输的天线罩设计进行了研究。从天线场区的划分入手,研究了电磁波二次辐射的传播机理。根据惠更斯原理,提出了实现空气-海水的跨介质传输的新方法。同时为了验证该方法的可行性,首先利用厚金属板模拟具有良好导电性能的海水,用平面波照射厚金属板模拟电磁波入射海平面的情况。结果表明利用厚金属板中间开合适直径的孔形成的菲涅尔区,可以实现电磁波的跨介质传播。其次,提出了一款可以在水中构建出菲涅尔区的天线罩。该天线罩由放置天线的球型腔体和用于构建菲涅尔区的介质管构成。通过对比无天线罩和加天线罩后的7GHz接收信号、手机收到的GPS信号和呼叫响应的测试结果,验证了此款天线罩对电磁波跨介质传输的有效性和工程可行性。4.对Ka波段毫米波天线罩设计进行了研究。从天线罩的电性能出发,分析了天线罩对不同种类天线的电性能的影响。利用波矩阵法分析了电磁波透过等厚度实心介质壁时的传输系数、反射系数和插入相位延迟。其次,对标准增益喇叭天线分别加装相同材料的平板、锥形和圆台形天线罩,计算分析了在几个不同频点处的透波性能和相位延迟特性。并根据计算结果分析了采用圆台作为天线罩外形设计的可行性。最后,根据等厚度天线罩设计方法,设计并制作了一款Ka波段的等厚度实心壁的圆台形天线罩,天线罩顶部内表面有球形凹陷用来共形,用标准增益喇叭照射,计算分析了天线罩的传输性能。并将所设计的天线罩应用于三角形栅格排列的波导缝隙阵列,结果表面该天线罩具有良好的透波性能和插入相位延迟。