共形天线在军事和民用领域获得了广泛的应用。在军事上,对于各种飞行器(如导弹、飞机等),共形天线不影响载体的空气动力学性能、不额外增加雷达散射截面积(Radar Cross Section,RCS),提高了武器的战场生存能力。在当今社会日常生活中,各类移动互联信息设备(如手机、智能手表等),为了方便携带、外形美观,常常要求天线与设备共形。因此共形天线分析与设计不仅是重要实际应用需求,也是天线理论与设计领域亟待解决的学术问题。特征模分析方法不仅具有其它数值分析方法应用范围广特点,同时还具有如下两个突出特点。其一是特征模参量具有明晰的物理意义,更有助于理解天线的工作原理、优化天线馈电设计。其二是特征模参量表征电磁系统固有属性而与天线馈电无关,从而使得该方法在共形天线分析设计时具有更大的空间自由度,更有助于共形天线的设计与综合。本文研究基于特征模理论的共形天线分析与设计问题,主要研究内容如下:(1)结合实际模型诠释了特征模参量的物理意义。论文在分析总结、归纳特征模理论及应用基础上,首先简要介绍了经典特征模理论、特征模参量计算方法。并结合一款共形天线实例,进行了该款天线模型特征模的理论计算,分析了主要特征模参量的物理意义。(2)提出了基于双模参量的模式跟踪方法。准确高效地进行特征模式跟踪是特征模分析应用的前提。针对基于单个模式参量的模式跟踪方法跟踪准确性较低的问题,本文提出了同时跟踪两个模式参量的模式跟踪改进方法——双模参量模式跟踪方法。该改进方法在增加较少计算量的代价下,明显提高了模式跟踪的准确性。论文成功应用双模参量模式跟踪方法设计出一款嵌入式小型化全向共形天线,验证了该方法的可靠性和有效性。此外,为了检验跟踪结果正确性,论文还探索了基于特征电流分布的模式跟踪结果判定方法。(3)设计了一款嵌入式小型化全向共形天线。在严格限制天线尺寸的前提条件下,全向共形天线的设计是共形天线设计的一个难点。论文首先对几种金属腔及其内部的环加短路钉结构进行特征模分析,然后根据特征模分析结果,找出适合作为垂直极化全向天线的“组合倒L环模”,并采用有效馈电形式对该模式进行激励,设计了一款嵌入式安装于载体平台水平部位(水平顶部或水平底部)的垂直极化全向共形天线。(4)提出了基于特征模理论的共形天线馈电优化设计方法在未加馈电的情况下,特征模分析可以展现结构的电流分布,这一特点为共形天线馈电优化设计提供了理论依据。论文深入研究了基于特征模理论的共形天线馈电优化设计问题。首先根据特征模理论,建立联系模式展开系数和馈电向量的欠定方程组,然后采用L1范数最小化求解器求解,并对初始求解得到的随频率变化的馈电设计采用“求平均、取门限”迭代方法,实现频带内不随频率变化的馈电优化设计。论文应用该方法有效地确定出多种贴片天线的馈电,验证所提出方法的正确性和有效性。(5)提出了基于特征电流分布局域性的共形天线结构综合方法平台的特征电流分布中有一种特殊模式,它们的特征电流分布集中于局部区域而其它区域很弱或没有。论文根据这种情况,提出了基于特征电流分布局域性的共形天线结构综合方法。该方法首先建立采用特征模参量快速预测共形天线性能的方法,然后采用“0-1”二进制编码对应天线个体网格,最后利用遗传优化算法(Genetic Algorithm,GA)和直接矩阵操作方法(Direct Matrix Manipulation,DMM)进行共形天线结构综合。该快速预测共形天线性能的方法,只需进行一次平台自阻抗矩阵的求逆计算,大大提高了整个综合方法的计算效率。论文同时还利用所提出的共形天线结构综合方法,设计出一款用于智能手环上的小型化双频共形天线。