天线是无线通信系统的基本部件，而无线通信技术的发展对天线的性能提出了更高要求，需要天线具有高效率、高增益、宽频带等特性，而传统方法很难使天线同时兼顾这些要求。电磁超介质是一种新型的人工复合材料，具有传统介质所不具备的一些超常规物理特性，为设计高性能天线提供了新的途径和理念。本文首先介绍了电磁超介质的基本特性，然后将其应用于天线设计中，以实现天线的高效率、高增益及宽带化。主要做了以下三部分的工作：　　1.针对电小天线效率低的缺点，基于电磁超介质的空间匹配层思想，分析了两副电磁超介质加载的电小天线：电容加载小环天线和电感加载单极子天线。通过加载元件在电小天线近场产生一定的容抗/感抗，抵消电小天线本身的感抗/容抗，从而实现空间匹配；同时，加载元件通过空间电磁耦合成为天线的寄生辐射元，提高了天线的效率和增益。仿真结果表明，整个系统在无外加匹配网络的情况下，前者效率达到94％，后者效率达到97%，从而验证源于超介质激励的电小天线可实现高效率。　　2.研究了基于金属网格结构的电磁超介质加载，将该结构加载于蝶形天线上，利用电磁超介质的零折射率特性，提高了天线增益。仿真结果表明，在均匀结构下，天线的增益达到了13dB，频率范围为800MHz-1400MHz。为了拓展天线的带宽，提出了一种非均匀的加载方式，利用非均匀金属网格构建频率选择性表面。仿真结果表明，与均匀结构相比，在增益保持不变的前提下，天线带宽拓展了300MHz，相对带宽达到了72%。　　3.研究了表面等离子体结构在天线中的应用。利用周期孔径组成的等离子体漏波结构设计了两副天线：第一副为双频方形周期孔径加载的缝隙天线，增益可达15dB，双频的带宽分别为200MHz和100MHz。第二副为圆形周期孔径加载的宽带“牛眼”天线，仿真结果显示，其增益为15dB、带宽为1.0GHz。实物测试结果显示，其增益为15dB、带宽为1.1GHz。天线仿真和实物的测试结果基本吻合，达到了设计要求。