随着无线系统对大容量、高速率通信需求的提高,为开发更多有效频谱、满足不同应用场景的多功能需求,探索具有宽频带、高定向和低成本的天线一直是无线系统的热点研究之一。其中,宽带天线可以有效缓解当前通信设备数量的快速增长问题,高定向天线可以增大无线系统的通信距离。因此,本文分别基于磁电偶极子和超表面结构设计了三种高性能的宽带定向天线,并基于模式分析对天线进行性能分析和优化指导。首先,磁电偶极子具有宽带且稳定的辐射性能,本文基于磁电偶极子设计了一种双频线-圆极化定向天线。该天线采用一种非平衡单端口进行馈电,简化了馈电网络和阻抗匹配过程。通过模式分析,该天线在2.4 GHz频段利用磁电偶极子加载侧壁,激励出1-λ模式线极化辐射的环天线;在5.5 GHz频段激励1-λ模式圆极化辐射的磁电偶极子,相比于0.5-λ工作模式,天线实现了4.10-6.60 GHz的拓展带宽。与现有天线相比,该天线首次提出利用环天线和磁电偶极子的混合模式实现双频双极化辐射,并激励1-λ模式的磁电偶极子扩展圆极化带宽,增强了天线的集成性,同时满足了当前无线局域网（Wireless Local Area Network,WLAN）系统多频段多极化的性能需求。其次,超表面天线具有低剖面、高增益、宽带匹配等优势,本文基于双层超表面设计了一种双频双极化定向天线。其中,共用孔径天线采用正交放置的双缝隙和矩形贴片实现双频双极化辐射。通过模式分析,天线在2.4 GHz频段同时激励0.5-λ缝隙和TM10漏波辐射两种模式,实现了2.12-2.75 GHz的宽带谐振;在5.8 GHz频段,双层超表面用于提高贴片天线增益,实现6 d B的定向增益提高。相比于现有双极化天线,本设计采用双层超表面具有拓展低频带宽、提高定向增益的作用,同时将传统法布里-珀罗腔天线所需的λ/2剖面高度降低到0.1λ,因此在无线局域网系统中具有很好的应用前景最后,针对飞行器、汽车等非平面平台对共形天线的需求,探索超表面在共形阵列天线的应用潜力,本文设计了一种基于超表面的宽带定向阵列天线,利用特征模理论进行分析设计。与多模式超表面天线不同,该天线单元仅激励单一模式就实现2.75-3.65GHz的宽带辐射;其次,构造4?8超表面阵列天线,该阵列在平面和10度圆柱体共形时均保持宽带匹配和高定向性能,因此可作为飞机、无人机等应用的理想选择。