随着无线通信领域的发展,现代无线设备对天线的要求日益精细与苛刻。其主要表现为:1、无线设备小型化的趋势使天线的可用空间日趋缩减;2、由于无线设备所需性能日益复杂,其必须集成越来越多的功能,这使得天线的可用空间进一步受到了其他模块的挤压;3、为追求极致的空间利用率与美观性,天线所处区域及平台愈发不规整,使得天线需要与无线设备及其内部模块协同设计;4、在外部条件愈发不利的情况下,对天线的工作频带、方向图形状等指标的要求反而愈发严格等等。这迫使天线研究者们不断开发结构复杂且功能强大的天线,并对不同无线设备的天线进行定制化。介质谐振器天线（Dielectric resonator antenna,DRA）是一种以介质块为主体的三维谐振与辐射结构。其以优异的设计自由度、丰富的工作模式,以及在毫米波乃至光频段的低耗高效而闻名。其可满足无线系统在异形化、集成化、小型化、高频化、多样化等方面的需求,具有相当的研究价值。然而,为了建立对介质谐振器天线的基本物理认知并构建具有代表性的电磁模型,经典的介质谐振器天线理论多是基于平面地板上的矩形、圆柱、半球形、三角、椭球等等规则介质块来建立的。这一方面有利于基础解析理论的发展,但也同时限制了介质谐振器天线的设计自由度、性能、应用领域等。基于此,本文旨在对设计自由度优异且性能天花板极高的非常规型介质谐振器天线进行研究。该类天线或几何形状多变,或包含多种材料,这使得该类介质谐振器天线的分析及设计方法在一定程度上超出了经典介质谐振器天线理论的能力边界。因此,需对这些非常规型DRA的基础理论、分析方法、设计手段等进行更深入的研究。此外,在摆脱规则形DRA理论束缚的同时,针对该类DRA的研究也有助于加强对三维谐振式介质辐射体的物理认知。基于此,本文对该类天线进行了如下方面的研究:1、开展了对凹凸弧面上的共形DRA这类基础的几何形变型非常规DRA之自然谐振模式的研究。首先,提出了适用于弧面共形DRA的电磁模型,在同时考虑模型复杂度与准确性的前提下,为其提出了一组复合型电磁边界条件,并推导出该电磁模型下的DRA模式解析解。而后,研究了弧面地板效应对该类DRA辐射方向图的影响,并提出利用这一特性进行方向图综合的思想。为了实现这一思想,提出了基于面积分方程下的子结构介质特征模理论的设计方法,并论述了其较传统特征模理论在DRA问题上的优越性。该方法能够精确地在复杂电磁环境中精确获取异形DRA本身的谐振特性,亦可分析有限大地板及加载结构等的作用与贡献。2、对层叠DRA这类基础的多材料复合型非常规DRA之均质化问题进行了更为系统且深入的研究,为其设计理论的发展进一步夯实基础。首先,从均质化公式的准确性和稳定性出发,指出了近二十年间流行的等效电容模型之不足。而后,基于等效媒质理论,提出了保留简洁性但大幅提升了准确性的均质化公式。最后,从DRA的谐振特性及模式理论出发,提出了精确性更优的均质化方法。3、基于Cartesian多极子理论,从新的角度对异形DRA的自然谐振模式进行了研究。相比于传统的基于直观说理和定性分析的解释方法,该新方法能够从多极子的角度定量地指出DRA在经受开孔、切削等形变时,其谐振模式之特性的变化本质上是模式多极矩量的变化。而后,基于Cartesian多极子分析,提出了针对异形DRA的新设计思路,并以此设计了一系列磁电多极子复合型单向辐射的DRA。4、提出了在已知辐射波束之性能要求的前提下,于介质复合与几何形变型非常规DRA中人为合成相应的高阶谐振模式的设计思路。首先,分析了该类非规则形DRA之合成模式与常规DRA中规则模式的联系与不同,及其产生的原因。而后,分别基于几何形变与介质复合,演示了人工谐振模式的合成与调控方法。最后,以宽辐射波束为目标,设计了一系性能上佳的DRA。综上所述,本文针对现有文献中对几何形变及介质复合型非常规DRA在分析与设计方法研究方面的不足,结合模式理论与多极子分析对该类DRA之基础理论及应用研究的发展做出了贡献,并对传统的基于单一材料的规则形DRA及非常规型DRA之谐振特性进行了更深入的剖析,指出了而二者的联系与差异。而后,结合实际应用中的天线指标需求,设计了多款性能优秀的天线实物,验证了本文所提出的理论在应用于实际问题时的可行性。