特征电流模是导体结构本身固有属性,在不添加激励情况下,就可了解导体上各个模式的分布特点。将特征模理论应用于天线设计分析,可以极大提高天线的设计效率,并提供具有清晰物理意义的原理性说明。不论是单导体或是多导体,从平面结构到立体结构,特征模理论都可以应用。本文以基于RWG基函数的伽辽金矩量法为切入点,对于二维结构(椭圆,多边形)与三维结构(L型方板,球体),分别计算其阻抗矩阵。针对模式串扰问题,在此基础上,设计特征模跟踪算法,实现模式宽频快速跟踪。最后创新性应用特征模理论设计出几种可以辐射漩涡波的微带贴片天线。论文首先研究基于RWG基函数的伽辽金矩量法的应用。利用它求解了二维规则结构(椭圆)、不规则结构(多边形)和三维结构(球体,L型方板)的阻抗矩阵,表明得到阻抗矩阵皆为对角阵,以作为特征模分析的基础。然后利用所得阻抗矩阵,构建对应结构的广义特征值方程,求取各模式的特征值和特征电流向量,以进行模式跟踪算法的验证。考虑到大幅值特征值对辐射散射的弱影响,通过对本征值数目的限定,同时进行并行模式仲裁,本文对基于特征向量相关性的模式跟踪算法进行改进。这样减少了计算量,而不影响计算精度,实现了快速宽频模式跟踪。论文最后应用特征模理论对金属贴片进行设计分析,提出激励特征模模式简并对并附加90°相移,可以实现不同阶数的轨道角动量(OAM)波束。基于此设计了一款辐射一阶OAM波束的单馈微带矩形贴片天线、一款辐射三阶OAM波束的单馈微带矩形贴片天线、一款两谐振频点分别辐射一阶与二阶OAM波束的双馈微带圆形贴片天线、一款辐射四阶OAM波束的双馈微带圆环贴片天线。