异向介质是指具有负的介电常数ε和负的磁导率μ的人工合成电磁材料。已被美国科学杂志评为2003年度十大科技突破之一的异向介质，凭借它奇特的性质在提高微波系统集成度，减小封装面积，解决微波器件高性能与小型化之间的矛盾等方面有着广泛的应用，现已成为物理学和电磁学研究领域的前沿和热点。本文以异向介质特性及其应用为研究对象，研究工作主要包括以下两个方面：　　(1)简要介绍了国内外关于异向介质的研究现状及研究进展，分析了异向介质的结构特性、基本原理及理论基础，研究了电磁波在各种异向介质中传播所出现的奇异特性并简要分析了产生原因，研究了周期细金属棒阵列、分裂谐振环、互补分裂谐振环和复合左/右手传输线等结构的设计原理、结构特性，并进行了性能的测试，介绍了这些结构负的介电常数和负的磁导率的产生原因。　　(2)介绍了天线的工作机理，在研究了异向介质结构理论及基于异向介质的天线的设计方法的基础上，利用异向介质典型结构，分裂谐振环和互补分裂谐振以及复合左/右手传输线，设计了四款新型天线，并运用高频仿真软件对所设计天线进行了仿真分析和性能的优化，不仅增加了天线带宽，而且降低了回波损耗，实现了天线中心频率的调节。并对其中一款天线进行实物加工，测试结果与仿真结果匹配良好。