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新型人工电磁媒质（Metamaterials）自诞生之日起就受到了广泛关注，如今已经从理论实验逐渐走向工程应用。Metamaterials是由人工设计的尺寸远小于工作波长的单元结构按照一定方式周期性或非周期性排列组成的阵列，可以实现人们所需的电磁参数，具有自然界中媒质没有或者很难实现的电磁特性。由于Metamaterials的性质是由构成其的基本单元结构所决定的，所以通过对单元结构的设计，可以方便地对Metamaterials的宏观电磁特性进行控制。本文主要探讨了新型人工电磁媒质在天线中的应用，提出了多种具有重要价值和广阔应用前景的新型天线。本文主要研究的内容和贡献如下:
1)提出将各向异性零折射率媒质应用在Vivaldi天线中，和Vivaldi天线有机地融合在一起，在特定波段有效地提高了Vivaldi天线的定向性和增益，同时并不影响Vivaldi天线在其他频段上的性能。在本文的设计中，用户可以根据实际情况做适当调节，从而在感兴趣的波段上对Vivaldi天线的性能进行改善，增加了实际应用价值。
2)提出宽带高增益Vivaldi天线，由于结构单元的局限，使得各向异性零折射率只能在较窄的频段内对Vivaldi天线的性能进行改善。为此，本文提出非均匀各向异性零折射率媒质，可在比较宽的频带内都能提高Vivaldi天线的性能，使其更具有应用前景。
3)提出设计了一种可以对电磁波束进行控制的Metamaterials透镜。这种透镜是基于传统的Luneburg透镜来展开设计的，因此兼有传统Luneburg透镜的优点，例如高定向性、高增益等。本文将其应用于Vivaldi天线，使得Vivaldi天线的辐射电磁波束方向可控，同时还能提高Vivaldi天线的定向性和增益。