无线通信技术的迅猛发展给天线提出了越来越高的要求，小型化、宽带/多频段天线已成为当前国内外天线领域的重要研究课题管之一。本文紧密结合国家自然科学基金“高性能基站天线的全局优化设计”和教育部优秀青年教师资助计划项目“有效的约束优化进化算法及其在高性能天线设计中的应用”等项目，着重研究了用于现代无线通信系统的以小型化、宽带/多频段等为主要特征的高性能天线及其设计方法。所取得的主要成果如下： 1.深入研究了共面波导馈电的单极天线特性。基于宽带套简单极子的设计思想，提出了一种新的共面波导馈电平面套筒单极天线结构，该天线具有良好的宽频带特性(大于3个倍频程)以及小而紧凑的结构尺寸，可用于当前和下一代室内覆盖的宽带无线接入通信业务。 2.在平面倒L天线的基础上，提出了一种新型的不对称T形单极天线，该天线结构具有良好的双频带特性。根据现代无线通信对天线的要求，以微带馈电平面倒L天线为起点，设计了一系列通信天线，包括一种覆盖2.4GHz频段的WLAN天线，一种同时覆盖2.4/5GHz频段的WLAN天线，以及一种同时满足：DCS，PCS，UMTS，以及2.4/5GHzWLAN系统要求的多频段天线，可用于移动通信终端设备或小型基站。 3.对粒子群优化算法进行了深入的研究，针对标准粒子群优化算法的一些缺陷，提出了一种改进的结合模式搜索的双中心PSO算法，该算法有效解决了PSO算法重复计算过多和搜索精度不高等缺点，且有效地改善了算法收敛到全局最优解的稳健性。数值模拟结果和一个应用实例充分说明了所提出新算法的有效性。 4.针对基站天线的双频工作以及阵列波束赋形的设计目标，从天线的分析设计方法，到实际的反射板形状，天线单元，垂直面的波束赋形设计等都作了深入的研究。建立了基站阵列天线的矩量法线栅分析模型，实验验证了分析方法的准确性和有效性。针对我国移动通信频率，设计了一种满足基站天线双频工作要求的最佳反射板形状。还提出了基站阵列天线的耦合分析模型以及设计方法，建立了垂直面波束赋形设计的多目标全局优化模型，给出了实现垂直面方向图双频波束赋形设计的技术方案，采用基于PSO的全局优化算法对双频基站天线的垂直面方向图进行了波束赋形设计，实现了天线的电波束下倾、干扰区压制和服务区波束赋形的设计效果。最后实际制作了一副900MHz频段的基站阵列天线，验证了设计方法的有效性。