随着无线通信技术的发展,国防领域对平台隐身要求的日益增加,小型化、低剖面、宽带、低散射等特性成为了天线领域研究的热点。尽管传统仿真优化设计天线的方法解决了部分问题,然而这些方法并不能完全满足当前的迫切需求。如何利用新的研究方法,设计满足指标要求的天线已经成为了新的挑战。近年来,特征模理论应用于天线的设计受到了研究学者广泛的关注,在无需外加激励源的情况下,通过模式分解,对天线结构的谐振和辐射特性提供更为清晰的物理解释。鉴于特征模理论给天线研究带来的便利性,论文以该理论作为分析工具,分别设计具有低剖面、宽带且定向辐射的单极化、双极化天线;同时基于该理论,设计一款低RCS平面缝隙天线。论文的研究工作如下:1.超表面单极化天线设计。以5×5矩形单元超表面为原型,利用特征模理论对该超表面结构进行分析,结果表明该结构具有一对相互正交的主模。通过引入悬置偶极子天线,并设计有源匹配网络以及差分馈电网络,在偶极子中心位置处馈电,实现了同极化方向上的偶极子模式与超表面模式协同工作。测试结果表明,该天线在4.2GHz-5.5GHz频带内,端口反射系数小于-10dB,实现了26%的相对带宽,最大测量辐射增益为9dBi。同时,该天线的剖面高度仅为0.09λ₀（λ₀为5GHz处自由空间中的波长）。2.超表面双极化天线设计。以上述超表面为原型,引入正交悬置偶极子,设计4端口有源匹配网络以及双功分器型差分馈电网络,并在正交偶极子中心位置馈电,分别激发出天线水平和垂直极化方向上的模式。最后加工制作了该双极化天线,实测结果表明,天线水平与垂直极化端口之间的最大隔离度为30dB;同时,天线水平极化端口在4.16GHz-5.46GHz频带内,端口反射系数小于-10dB,阻抗带宽达到26%,垂直极化端口的阻抗带宽为26.4%（4.11GHz-5.43GHz）,水平与垂直极化端口最大测量增益同时为9dBi。同样,该天线剖面高度为0.09λ₀（λ₀为5GHz处自由空间中的波长）。3.低RCS天线设计。以改进H形平面缝隙天线为原型,特征模理论作为分析工具,通过模式加权系数判断该天线在交叉极化方向上的散射模式,并利用缝隙加载,对散射模式特征电流进行抑制,从而缩减该天线在交叉极化方向上的RCS。仿真结果表明,该天线能够在保持原辐射特性基本不变的前提下,在工作频带内实现最大为10dB的RCS减缩。