在高性能航天器、航空器、卫星和导弹应用中,天线的尺寸、重量、成本、性能、安装难易以及剖面是主要的限制因素,贴片天线由于其低剖面、可与平面和非平面结构共形、低成本、可与混合微波集成电路（MMIC）兼容而被广泛使用在这些应用中。此外在其他有类似需求的政府及商业应用中,贴片天线也有极大的需求。在不同的贴片形状和谐振模式被选择的时候,贴片天线在频率、阻抗、极化方向上是灵活多变的。但贴片天线的主要缺点是它们的低功率、极化纯度差、杂散馈源辐射和非常窄的带宽,通常带宽只有百分之几。而相比于线极化天线,圆极化天线在接收与发射天线的方位角对齐上具有更大的灵活性,并且对于多径反射和天气干扰的免疫性更强。因此圆极化天线被广泛应用于卫星通信系统与雷达系统中,并且宽带圆极化贴片天线在移动通信系统中的需求也与日俱增。本文通过将圆形贴片天线的高次模以及极化简并模与主模合并来实现四馈电天线带宽的提高,同时通过设计宽带功分移相馈电网络来实现四馈电天线的圆极化辐射。本文主要研究内容及贡献如下:一、通过激励圆形贴片的高次模(TM21),并使之与主模(TM11)相结合设计了一款低剖面的宽带圆极化天线。该天线由四端口馈电的圆形贴片和馈电网络组成,利用TM11和TM21模式以及TM11的极化正交模式实现了宽带特性。Γ形馈电结构用于激励TM21模式,并且由于面对面的相位相反的Γ形馈电结构的寄生辐射,贴片天线在TM21模式下的原始辐射机制被改变,从而最大辐射方向沿着边射方向。另外通过在圆形贴片的中间区域加载四个短路柱,主模(TM11)的极化正交模式被激励出来,使得带宽进一步提高。最后通过与馈电网络级联,一个具有单向辐射和圆极化特性的宽带贴片天线被设计、制造和测量。圆形贴片的尺寸为0.57λ0×0.57λ0,高度仅为0.053λ0（λ0为中心频率处的自由空间波长）。实测结果表明,在VSWR＜2的指标下该天线获得了109%的相对带宽,范围为0.94 GHz-3.18 GHz,3-d B轴比带宽为95%,范围为1.04 GHz-2.93 GHz。并且在1.27 GHz-2.99 GHz频段范围内,在边射方向上实现的左手圆极化增益均大于3 d Bic。二、通过激励圆形贴片的高次模(TM22),并使之与主模(TM11)相结合设计了一款低剖面的宽带圆极化天线。它是一种通过在圆形贴片上加载五个短路柱实现的四端口天线,为了实现宽带特性,TM11和TM22模式及它们的极化正交模式(TM11+和TM22+模式)在圆形贴片中被激励。TM11+模式由Γ形馈电结构激励,而TM22模式和TM22+模式由靠近Γ形馈电结构的四个短路柱激励。由于短路柱与Γ形馈电结构之间的强耦合,在面对面的两个短路柱上产生的电场峰值导致沿圆周方向的磁流密度方向发生逆转,从而使得贴片天线在TM22和TM22+模式下的最大辐射方向在边射方向上。而加载在贴片中心的短路柱的作用是为了改善较高频段下的阻抗匹配。结合所设计的等幅、渐进相位差为90°的一分四的馈电网络,设计、制造和测量了一个天线原型。贴片的直径为0.68λ0,剖面为0.078λ0（λ0对应于中心频率处的自由空间波长）。实测VSWR＜2的相对带宽为106%,涉及1.53 GHz-4.96 GHz,而AR＜3 d B的相对带宽为98%,范围为1.54 GHz-4.48 GHz。在1.48 GHz-4.42 GHz频带内测得的边射方向左手圆极化增益均大于3 d Bic。三、研究了圆形贴片和方形贴片之间的模式耦合机制,并设计了一款堆叠类型的宽带圆极化贴片天线。这种四馈电天线由圆形贴片和方形贴片组成,其中方形贴片位于圆形贴片的上方。考虑到四个端口之间的相互耦合,采用有源反射系数（ARC）来描述天线的阻抗匹配,并推导出了ARC在此类天线中的简化形式。方形贴片中产生的异常电场分布归因于两个正交的TM10模式电场的叠加,并在理论上得以验证。由于TM11模式和TM10模式之间的耦合,方形贴片中产生了一种新颖的谐振模式。方形贴片对圆形贴片的负载作用有两个:一是在阻抗带宽的低频端和高频端相当于一个电容,二是在中间频段充当电感。此外,将Г形馈电结构的水平贴片夹在两个辐射体之间以增强耦合。最后,设计了一个由威尔金森功分器和移相器组成的宽带馈电网络,为所提出的天线结构提供等幅和正交相位的四个信号。为了验证设计原理,制造并测量了一个原型。结果表明设计的天线可以产生左手圆极化辐射,3-d B增益变化带宽为44.6%,频段范围为1.48 GHz-2.33 GHz,其中VSWR＜1.5和AR＜1.5 d B。此外,峰值增益为9.5 d Bic,天线效率不低于64%。