随着物联网技术的发展,多样化的智能应用场景对天线的性能和结构提出了更高要求。微带贴片天线因其固有的低剖面、轻巧等优势,非常契合各类物联网应用需求。因而,探索数理基础严密、通用性强的天线综合设计理论及方法,以满足物联网应用的迫切需求是当前微带贴片天线研究的主要方向。本文致力于微带贴片天线模式综合设计理论及多模谐振设计方法的研究。通过揭示扇形微带贴片天线的一般设计规律、漏波型与谐振型微带天线之间的演化规律,系统形成“单腔多模”微带贴片天线的模式综合设计方法体系,进而分别研制了具有准各向同性、倾斜波束圆极化和背射增强特性的微带贴片天线。本文的主要研究内容包括:1、研究周向不对称扇形贴片和径向不对称扇环贴片,推得其等效磁流一般表达式及本征方程,奠定多模谐振天线综合设计方法的理论基础:一方面,揭示原型振子在不对称边界条件下,实现本征值减半而实现微带贴片天线小型化设计的规律;另一方面,通过阐述倒L天线与径向不对称扇环天线的演化过程,研究扇环天线的本征方程及其极限形式,充分揭示漏波型与谐振型微带天线之间的演化规律。2、基于本征值减半理论,形成电小准各向同性天线综合设计方法。首先,针对电小尺寸设计问题,研究周向不对称扇形贴片等效磁流及本征方程,建立磁偶极子天线与扇形贴片天线之间的模式映射关系,得到模式综合列表。通过激发扇形磁偶极子天线第一个奇数阶本征模式,形成电小准各向同性天线综合设计方法。在此基础上,针对准各向同性天线馈电问题,研究和比较同轴线、“同轴线+四分之一波长扼流套筒”、“四分之一波长对称开槽同轴线”三种馈电方式,证明四分之一波长对称开槽同轴线是电小准各向同性扇形磁偶极子天线的优选馈线。最后,正向实现圆心角为270°/300°和电尺寸（ka）为1.01/0.92的两款电小准各向同性扇形磁偶极子天线,从而验证设计方法的正确性、有效性和通用性。3、基于本征值减半理论,进一步探索并形成“单腔多模”倾斜波束圆极化宽带天线综合设计方法。通过同时激发不对称扇形贴片单元的前两个奇数阶本征模式,推得双模谐振倾斜波束圆极化天线的模式综合列表和解析设计闭式并形成基本设计准则。在此基础上,通过销钉扰动而调控两个非简并本征模式的幅相特性,形成圆极化双模宽带天线综合设计方法。最后,正向实现圆心角为200°/270°/330°、相对阻抗带宽为24.1%/35.8%/26.6%和波束倾斜角度为41°/29°/12°的三款倾斜波束圆极化宽带扇形贴片天线,从而验证设计方法的正确性、有效性和通用性。4、基于扇环天线与微带漏波天线之间的演化关系,形成“单腔多模”背射增强宽带天线综合设计方法。根据本征方程特征谱的演化关系,充分证明内径短路、外径开路的扇环贴片天线是从无限长微带漏波天线截断、弯曲而来。因此,扇环贴片天线能够呈现微带漏波天线的残留属性而具备背射或端射增强特性。通过研究径向不对称扇环贴片等效磁流及本征方程,建立等效磁偶极子与扇环贴片天线之间的多模映射关系,得到模式综合列表和解析设计闭式。最后,正向实现圆心角为90°/150°、相对阻抗带宽为25.8%/23.2%和背射增益为2.0 d Bi/4.0 d Bi的两款背射增强宽带扇环贴片天线,从而验证设计方法的正确性、有效性和通用性。通过扇形磁偶极子和扇环贴片天线的研究,系统发展多模谐振贴片天线设计方法,构建多模谐振微带贴片天线模式综合设计理论框架,实现微带贴片天线结构的正向演绎,显著提高天线的设计效率。