目前,无线通信系统基本使用固态天线,随着无线通信设备向着小型化、多功能、多频带方向的发展,天线的设计与实现遇到了前所未有的挑战。天线设计往往难以在小尺寸、宽频段、辐射性能等方面相互兼顾。在通讯领域的某些系统中,传统天线已不能满足相应要求,新型天线应运而生。液体天线便是其中之一。根据其成分和浓度,液体既可以直接作为辐射因子,也可以作为介质加载。液体天线因具有可塑性强、雷达界面小和透明度高等优点而受到越来越多的关注。但是,大多数液体材料的高介电特性带来的窄带问题和高介质损耗带来的低效率问题是目前水天线研究中的最大难题,如何在保证天线带宽的前提下,提高天线的辐射效率是研究的关键。本论文主要以纯水或水溶液作为天线的液体材料,以混合的天线结构作为研究重点,从而增加天线的带宽和提高天线的辐射效率,同时利用水的流动性强的特点对天线频率、方向图和极化方式等进行重构来实现天线功能的多样化,其主要工作如下:1、设计了一款宽带高效率的同轴双管混合单极子水天线。该天线以单极子天线作为原型,以水柱取代单极子的金属导体,利用同轴双管嵌套的方式,内外管高度一致,内管置纯水、外管置盐水(电导率≈8S/m)。此双管结构的目的是使两种不同液体共同作用,以紧凑的结构实现两个模式有效耦合,从而增加天线带宽。同时,利用纯水对馈电探针的介质加载作用和聚四氟乙烯对电磁场能量的聚集作用使天线辐射效率得到有效提高。本论文给出了该结构的设计思路和仿真分析,结果表明,通过改变液柱高度可以实现天线谐振频率的重构。最后对同轴双管单极子水天线与同尺寸单管单极子水天线进行加工和测试比较,测试结果显示,与单管结构相比,同轴双管的混合结构对天线的带宽和辐射效率均有较大改善作用。2、设计了一款十字型馈电的水介质贴片天线。该天线以方形介质水层为主体,馈电由基板上表面十字型贴片和穿过基板中心的同轴探针组合而成。为了进一步优化天线的匹配,在十字型贴片的四条臂上分别固定一个与贴片等宽金属圆柱,此金属柱还用于支撑聚氯乙烯)容器,在基板与介质水层之间引入空气间隙,提高天线的辐射效率。该天线利用了水层与空气层之间的交界面具有类电壁特性的原理,水层下表面相当于传统金属微带天线,空气层相当于介质基板,在混合馈电结构的激励下实现辐射。本论文详细阐述了该天线的辐射原理和设计过程,仿真结果表明该十字型混合馈电结构有效增加天线的阻抗带宽,天线频率重构可以通过调整水层高度来实现。3、设计了一款宽带极化可重构的纯水介质谐振器天线。天线主体是一个圆柱形树脂玻璃容器,容器内部分为四个均分的空腔,通过在不同空腔内注入纯水实现天线极化方式的改变,在不改变天线结构的前提下完成左旋圆极化(LHCP)、右旋圆极化(RHCP)和线极化(LP)的切换。容器与地板之间留有空气层,除了水的介质谐振器特性外,该天线还利用了水与空气之间的类电壁特性,类电壁界面下的空气层形成另一个外壁为磁壁的谐振器,与位于其上的纯水谐振器工作原理相似。在实现圆极化状态时,两个谐振器共同作用,使得轴比带宽与阻抗带宽的频率范围基本一致,实现天线的宽带特性。本论文对该天线的设计过程和仿真分析作了详细的阐述,最后对天线进行加工和测试,测试结果表明,三种极化状态下天线的有效带宽基本相同,辐射效率均集中在70%左右。三款天线均通过混合液体或结构混合的方式,对天线性能提出改善方案,同时利用水的流动性重构天线辐射状态来实现天线性能多样化。第一款天线是不同水或水溶液混合的尝试,而第二和第三款天线是水层和空气层的混合,利用的是两个不同介质层之间的类电壁原理。三款天线均有重构的特性,其中第一和第二款天线可以通过改变水柱或水层的高度实现频率重构,而第三款天线则是通过在不同模块中加入纯水来实现极化方式的重构。