天线是能够实现导行波和自由空间波之间相互转换的器件,在无线电设备中用来发射或接收电磁波,是无线电通信系统不可或缺的重要组成部分。现代无线通信技术和雷达探测技术的飞速发展对小型化、多功能化、高集成化天线提出了迫切的应用需求,亟需探索基于新机理的高性能天线设计理论与方法。人工表面等离激元（Spoof Surface Plasmon Polaritons,SSPP）是电磁波与电磁媒质相互作用时产生的一种特殊表面电磁模式,在媒质内部表现为群电子振荡,在媒质外部表现为沿界面传播的电磁振荡。SSPP具有波长短、场聚集、强色散等特性,在微波器件和天线设计方面具有重要应用价值。论文借鉴电介质物理、等离激元光子学等方面的相关理论,并结合超材料设计理论,开展了SSPP的色散特性及色散调控机理研究,在此基础上开展了SSPP色散调控在频扫、低RCS、共口径、多频带等新型天线设计中的应用研究,制作了原理样件并进行了实验验证。论文主要创新点如下:（1）分析研究了SSPP的色散特性及色散调控理论,建立了SSPP色散调控的理论模型以及紧耦合SSPP的色散调控理论模型。采用电介质物理、电磁波理论、光电子学等相关理论,推导了平板折皱结构上SSPP的色散方程,得到了SSPP色散特性与其结构参数之间的解析关系;从模式匹配和波矢匹配两方面入手,分析了SSPP的耦合激发手段;在此基础上,建立了SSPP的色散调控理论模型以及紧耦合SSPP的色散调控理论模型,为SSPP色散调控在新型天线设计中的应用奠定了理论基础。（2）提出了基于混合SSPP-准TEM模式的一维频扫天线设计理论与方法。结合周期性系统理论,对一维周期结构漏波系统进行了理论分析;以该理论为指导,将SSPP导波结构和传统微带线复合并引入周期性扰动,构建了基于混合SSPP-准TEM模式的频扫天线的基本架构;通过调控SSPP色散曲线的准线性色散区,设计了具有宽扫描角特性的宽角域频扫天线,制作了原理样件并完成仿真分析与实验验证。仿真和测试结果均表明,在9～12 GHz内,该天线可实现（﹣60°,+60°）角域内的连续线性波束扫描,并在法向方向抑制了开阻带效应。基于SSPP-准TEM混合模式的频扫天线与传统微带电路兼容,加工成本低、易于共形,在“低、小、慢”目标探测、弹载通信系统等领域具有重要的应用价值。（3）将吸波机理引入到低RCS天线设计中,将具有强色散吸波特性的SSPP结构作为天线辐射结构,提出了基于SSPP强-弱色散区综合调控的低RCS天线设计思想,进一步提出了基于SSPP色散调控的结构-功能一体化天线设计理论与方法。首先阐述了天线散射的基本理论;在此基础上,将SSPP结构用作天线辐射结构,构建了基于SSPP色散调控的低RCS天线基本架构,建立了基于SSPP色散调控的低RCS天线设计理论与方法。通过对SSPP结构的强-弱色散区进行综合调控,使其在相邻两个频段分别表现出低损耗和强吸收特性,则SSPP辐射结构在带内具有高效辐射特性、在带外具有低RCS特性。作为实例,设计制作了工作于C波段、且在X波段具有RCS缩减特性的天线原理样件并完成了仿真分析和实验验证。仿真和实验结果表明,天线带内（6～8 GHz）总效率≥80%;在带外X波段,天线单站RCS缩减≥10 d B,且在8.50～9.50 GHz内,天线RCS缩减值>25 d B。在此基础上,进一步探索了具有带内RCS缩减特性的低RCS天线设计,在SSPP天线辐射结构周围加载SSPP吸波结构,同时对二者的色散特性进行调控,设计了可进一步对交叉极化波实现带内RCS缩减效果的低RCS天线。（4）考虑到二维SSPP结构具有一定的力学性能,基于天线-天线罩一体化设计思想,提出了基于SSPP夹芯结构的结构-功能一体化天线设计方法。将SSPP天线辐射结构阵列用作点阵夹芯结构,将树脂基复合材料天线罩用作蒙皮材料,考虑蒙皮材料的影响,对SSPP辐射结构进行综合色散调控,设计实现了集力学承载、天线防护、RCS缩减等多功能于一体的天线阵,制作了原理样件并进行了仿真和实验验证。微波暗室测试结果表明,该样件在C波段具有高效的辐射特性,在X波段具有良好的RCS缩减特性;力学压缩试验结果表明,样件的峰值压缩强度是304不锈钢方形蜂窝的3.50倍、是304不锈钢波纹结构的6倍,验证了样件具有优越的抗压强度。该结构-功能一体化天线阵集成了电磁波辐射、RCS缩减、天线防护以及力学承载等多种功能,在天线工程设计中更具有重要的应用价值。（5）针对天线小型化、轻量化应用需求,提出了基于紧耦合SSPP色散调控的天线设计理论与方法。首先从电磁辐射的角度分析了SSPP的奇/偶模式辐射特性,并对短偶极子的功率分布进行了理论推导,提出了通过加载感性元件解耦短偶极子近场区动态能的思想;据此,构建了基于紧耦合SSPP色散调控的天线设计基本架构,建立了基于紧耦合SSPP色散调控的天线设计理论与方法;通过在短单极子近场区分别加载SSPP结构、宽边耦合开口谐振环结构以及二者的复合结构,分别设计了共口径天线、宽边辐射天线、双带边射天线,制作了天线原理样件并进行了实验验证。紧耦合SSPP具有更强的场约束能力,有利于天线辐射结构的小型化和轻量化,为新型高性能天线设计提供了崭新的技术途径。