特征模理论能够描述各种形状的辐射体及散射体的谐振特性,能在揭示物理概念的同时给出精确数值结果,便于帮助设计者理解天线工作机理和指导天线设计工作。因此特征模理论可应用于解决各种各样的天线问题。本文基于特征模理论,主要对超宽带天线方向图稳定、电抗加载阵列波束控制和天线单元扩展带宽等方面进行了一系列研究:1、基于特征模理论的超宽带全向天线设计。本文首先结合经典特征模理论分析椭圆环的宽带特性,并以椭圆环为基础,添加周期性内外间隔矩形槽降低基础模式的谐振频率来实现天线小型化。接着设计并引入旋转对称偶极子馈电结构,实现在目标频带内依次激励多种模式。而后引入耦合椭圆内环,达到增强已有结构的耦合作用、引入方向图相似模式的目的。最终在满足宽带内多模式电场方向图稳定的情况下,设计出一款面向广播电视白频谱的超宽带全向天线。其工作带宽为480～1028MHz,相对带宽约为72.68%,带内增益在1.84～3.63d Bi。2、基于N端口特征模理论的电抗加载波束控制阵列设计。本文首先对异型八木天线添加多个端口,接着提取表征其端口特性的阻抗矩阵,建立N端口特征模理论的广义特征值方程,解得特征电流和特征值。求得端口总电流等网络参量后,以电抗值为优化参量,使用差分进化算法对其进行优化。最终在一定的最大旁瓣电平、半功率波束宽度、增益和端口反射系数情况下,异型八木天线远场方向图最大幅度角可在-55°～55°范围内任意变化。3、基于N端口特征模理论的端口加载带宽展宽研究。本文首先利用经典特征模理论分析开槽椭圆环和旋转对称偶极子整体结构。根据目标频段内主要模式的特征电流最大值分布,确定加载端口的位置来激励起权重系数较低的模式或次要模式。添加端口后,结合差分进化算法,优化出最优的电感/电容值,最终实现天线单元相对带宽从4.28%增加至23.89%,在频率800～1017MHz内反射系数低于-10d B,同时实际增益工作带宽变宽。