为了适应当今社会通信系统日新月异的发展，天线的设计要同时兼顾多种性能指标，如小型化、高增益、多频段、共口径、宽频带、宽波瓣、高隔离度等，现有的天线设计已经无法满足现代通讯发展的要求。超材料的提出为天线设计打开了一扇崭新的大门，很多传统天线设计无法解决的难题，通过超材料可以很好的得到解决，因此近十年来得到了蓬勃发展，许多具有新颖结构和独特特点的天线应运而生。本文主要工作是研究超材料在天线当中的应用，分三部分内容展开，分别为超材料小型化天线设计和多频多极化天线设计、超材料漏波天线设计和宽带超材料加载圆极化天线设计。首先，介绍了超材料的发展背景和国内外超材料天线研究的进展，接着介绍了超材料的原理，重点讲解了一维超材料复合左右手传输线的原理，另外还介绍了超材料等效电路模型参数的提取方法。其次，基于复合左右手传输线设计了两种小型化零阶谐振天线，减小了天线的尺寸。然后再在这基础上设计了两款双频天线，其中一款为双频同极化天线，另一款为双频双极化天线，其频率可通过调节天线关键尺寸很方便的调节。然后，基于复合左右手传输线独特的色散特性，结合等效电路模型分析，分别设计了一款可单边扫描和一款可双边扫描的漏波天线，这两款天线都可以实现随频率的变化波瓣从后向向前向连续扫描的特性，这是传统漏波天线所无法实现的。最后，将超材料运用到移相器的设计当中，设计了一款宽带90°移相器，并且基于此设计了一款宽带圆极化天线，该天线在很宽的频带内都具有良好的圆极化特性，并且辐射方向图在频带内基本稳定不变。