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特征模理论只取决于目标物体的几何结构、物理尺寸以及电磁材料特性,而与任何特定的激励源都无关。与传统的天线设计方法相比而言,选择特征模理论进行设计,不仅能够针对目标物体的辐射原理和散射机制分别给出相应的物理含义,而且还在设计方面上提供了更大的自由度,不再依赖于个人经验。本文采用基于特征模理论的设计方法,对天线的辐射性能和散射性能进行优化与控制方面开展了较深入的研究。本文的主要内容可概括如下:1.首先简单介绍了特征模理论的发展,为后续的工作奠定了基础。通过引入阻抗算子将电流和由电流所产生的电场联系起来,进而推导出广义特征值问题。接着分别证明了特征电流和特征场的正交性,并且基于该正交性可将目标物体表面电流用特征电流展开,并阐述了特征模相关物理量的定义和其物理含义。最后给出矩量法的完整离散化过程。2.提出了一种用于共口径基站天线的新型分层天线布局结构,并且基于特征模理论进行天线设计。该方法的可行性是通过设计一个双频双极化天线阵列来验证说明。该阵列是由一个工作在0.690.96GHz的低频天线单元和四个工作在3.54.9GHz的高频天线单元所组成。在所提出的结构中,高频天线被放置在低频单元孔径中心上方。通过引入四块金属板结构来为低频天线提供容性加载,同时作为高频天线的金属反射板,从而保证了双频天线的低剖面特性和高隔离度的性能。天线阵列的总高度只有0.17?L 0(?L0是低频段中心频率在自由空间中的波长),远远低于传统双频天线阵列的高度。特征模分析显示通过结合低频段的两个特征模式并对其激励,以拓展低频天线的带宽。制造该天线的实物并随后测试,测试结果和仿真结果非常吻合。同时该天线阵列结构简单,尺寸紧凑和易于制作的特点在5G通信系统中有广阔的应用前景。3.提出了一种基于特征模理论实现天线带内单站雷达散射截面（RCS）缩减的方法。该方法论的执行步骤可分解为三步。第一步就是应用特征模理论对天线结构进行分析,得到相关物理量如模式显著性、特征电流和模式加权系数等。第二步就是依据分析后的结果来区分辐射模式和散射模式。第三步就是基于散射模式的特征电流分布来降低散射模式的模式加权系数,从而降低天线单站雷达散射截面。通过采用所提出的方法来缩减微带天线和槽天线的单站雷达散射截面以验证其可行性。在设计过程中,根据具体的散射模式特点,提出了两种方法来减少每个散射模式的模式加权系数。第一种方法是移出工作频段外法;第二种方法是破坏电流路径法。最后加工槽天线实物并进行测试,测试结果和仿真结果相吻合。