天线具有收发电磁波的重要作用,在无线通信系统中的地位不言而喻,近年来无线通信技术飞速成长,系统对天线的要求也随之不断升高。微带天线因其容易和其他设备集成、尺寸小、成本低廉且容易制作等优点得到了广泛的使用,但是传统微带天线增益低、方向性差、带宽窄等缺点也成为众多学者需要攻克的难题。超材料的提出为改进微带天线性能打开了一条新的思路。电磁超材料是一种周期性排列的人工结构,所表现出来的逆多普勒、负折射率等特殊性质都与常规材料截然不同,因而常被应用于吸波器、超透镜、天线、传感器等研究领域中。将电磁超材料引入到传统微带天线中,有助于提升天线的增益性能、拓宽天线的带宽以及实现天线定向辐射等,是改善传统微带天线性能的一个简单且有效的举措。本文选择基于电磁超材料对传统微带天线的性能的优化改进作为对象展开研究,提出了两种新型的超材料单元结构,将其运用在传统微带天线上,同时分析了基于电磁超材料的微带天线的各项性能指标,并与传统微带天线进行了对比,具体的研究内容包括以下几点:1、提出一种级联式六边环形结构的超材料单元,对该单元结构的双负特性进行了分析和验证,并将其进行周期性排列并放置于传统微带天线的上方,构成了基于电磁超材料的新型微带天线。仿真结果显示,所提出的新型超材料微带天线工作于10 GHz附近,阻抗带宽相较于传统微带天线拓展了0.25 GHz,增益提高了8.7498 d B,E面和H面的半功率波束宽度分别收缩了90°和36°,所设计的新型超材料微带天线的性能在方向性、带宽、增益三个方面都有所提升。在此基础上,进一步在微带天线的接地板上刻蚀十字交叉型缝隙以拓展天线的阻抗带宽。结果表明,在原有的超材料微带天线的基础上,基于级联式六边环形结构的超材料缝隙微带天线在两个频带范围内工作,在10 GHz和14 GHz两谐振频率处阻抗带宽又进一步拓展了0.06 GHz和0.56 GHz,刻蚀缝隙后天线的增益为13.454 d B,相较于传统微带天线也有明显的提升。2、提出了一种嵌套式双六边环形超材料结构单元,该超材料在10 GHz和14 GHz两个谐振频率附近出现左手频带,并对双负特性进行了验证,改变超材料阵列的排列方式后放置于传统微带天线的上方,同时在天线接地板上刻蚀十字交叉型缝隙。结果显示,在传统微带天线的基础上,基于嵌套式双六边环形的超材料缝隙微带天线工作在10 GHz和14 GHz两个频带上,天线的带宽得到了拓展,两个工作带宽分别为1.74 GHz和4.98GHz,同时增益、方向性相比传统微带天线也有所提升。本文所提出的超材料单元结构对于丰富超材料的种类以及超材料在传统微带天线上的应用都具有一定的参考价值。