随着无线通信和无线侦测技术的高速发展,对作为无线通信及无线侦测系统前端的天线提出了更高的要求和挑战。采用传统金属和介质设计制作天线的技术已日益成熟,而利用新型材料的独特材料特性来改善天线性能的方法则成为研究热点。近年来,天线功能调控技术受到了国内外研究者们的广泛关注,并应用在通信、雷达、侦测等众多领域。本文结合新材料和天线功能调控的双重优势提出了基于新材料的天线功能调控的新方法。本文从天线辐射体的支撑材料,天线的辐射材料及天线的应用环境材料三个主体出发,研究采用固态支撑体新材料、液态辐射体新材料及等离子体环境材料实现天线功能调控的方法。分别研究了基于固态双稳态材料的功能调控天线、基于液态金属材料的功能调控天线和基于等离子体的功能调控天线。天线的功能调控是基于上述材料的新颖的材料特性实现的。在探索材料固有特性与天线辐射特性之间相互作用的基础上,提出了设计新材料功能调控天线的技术方案。本文主要的研究内容包括如下的四个部分:首先,研究了关于本课题基于新材料实现功能调控天线的基本理论及分析方法。明确本文所研究的新材料天线的功能调控的含义,指出天线可重构即为天线功能的调控。给出了采用仿真和计算相结合的方式分析验证天线辐射特性的等效阵列辐射模型。此外,对材料与天线的相互作用进行了探索研究。分析了新材料的基本特性,并且分别从双稳态复合材料的双构型特性、液态金属的流动性和等离子体的等效电磁参数出发,建立天线性能与材料特性之间的联系。其次,提出了基于双稳态复合材料的天线功能调控的方法,设计了基于双稳态复合材料的功能调控天线。双稳态材料具有两种稳定的构型,且在维持两种形变时不需要提供持续的外力,依赖于此类材料的双构型特性,将材料作为介质基板,承载具有特定结构的金属薄片辐射体,设计出了具有可重构特性的功能调控天线。具体研究了两种天线,它们是分别基于双稳态复合柱壳材料和双稳态层板材料进行设计和实现的,两种天线实现了极化和方向图的可重构,且相比传统的可重构天线没有引入冗余金属结构和控制电路。再次,提出了基于液态金属镓基合金Galinstan的天线功能调控的方法,设计了基于液态金属的功能调控天线。对印刷型八木天线振子中心加载缝隙获得方向图反转的方法进行了理论分析和实例验证。利用缝隙加载原理和液态金属的可移动性设计了方向图和频率可重构的印刷型八木天线,此天线采用气压推动法对液态金属柱的位置进行控制,使得天线获得了5种典型工作状态。最后,提出了基于等离子体辐射增强效应的天线功能调控的方法。研究了应用于等离子体环境的端射、超宽带、高增益、低副瓣介质棒馈源天线,采用渐变结构和双脊波导结构以及四楔形匹配介质块使得天线的带宽获得极大的展宽,且在传统锥形介质棒的基础上对介质棒的形状进行了改进,采用了组合圆台-半球结构,获得了更高的天线增益。另一种馈源天线是低剖面、全向、宽带、双极化天线,天线由印刷型单极子垂直极化单元和印刷型8组同心分布的Vivaldi天线阵列水平极化单元组成。通过仿真手段对上述两种天线加载等离子体媒质模型进行分析,验证了辐射增强的效应的可行性。两种天线具有宽带特性可以覆盖多种功能的通信频段,等离子体的加载又可以使天线的增益获得调控。本文重点研究了基于新材料的天线功能的调控方法。在研究分析材料特性与天线辐射体特性关系的基础上,探索了天线功能调控的实现机理,确立了功能调控天线的设计方法。具体设计了双稳态复合材料可重构天线,液态金属可重构天线和基于等离子体辐射增强效应的增益调控天线。本文的研究为基于新材料的功能调控天线设计提供了新的技术方法,对未来基于新材料的功能调控天线的研究提供了有力的技术支撑。