天线在无线通讯系统中发挥着不可替代的作用。随着现代通讯技术的发展，对天线性能的要求也越来越高。传统手段提升天线性能的空间极其有限，只有采用新结构、新材料以及新的设计方法才能进一步改善天线性能。近年来，人工结构材料的出现为新型天线的设计提供了崭新的技术途径。基于其自身独特的电磁特性，它被广泛应用于现代天线设计中，显著提升天线性能，包括增加天线增益，扩展带宽以及小型化设计等。本论文主要开展人工结构材料在天线领域中的应用研究。利用亚波长结构对电磁波的调制特性，从雷达散射截面(RCS)缩减、低副瓣、波束偏转三个方面，分别设计出了三种不同类型的新型结构材料天线。第一部分为微带天线的RCS双频缩减研究。基于双环结构对电磁波的吸收特性，将该结构材料加载于微带贴片周围，降低天线RCS。仿真和测试结果显示所设计的微带贴片天线在保持原有辐射性能不变的同时，在两个频率处实现了天线RCS的缩减。第二部分为副瓣电平动态可调的喇叭天线阵列研究。利用加载了PIN二极管的十字缝隙周期结构来构造频率选择表面，通过调谐PIN二极管的偏置电流来控制出射电磁波的幅相分布，使其满足一定的泰勒分布。将该频率选择表面作为喇叭天线阵列覆层，可以有效调制天线的辐射副瓣电平。仿真结果显示该天线在三种不同偏置电流的调谐下实现了相应的副瓣电平，从而证明了该结构材料对天线副瓣的动态调控性能。第三部分为波束方向可调的结构材料喇叭天线研究。利用多层圆环缝隙结构对入射电磁波相位的调控特性，设计出了按一定相差分布排列的位相调制结构材料，并加载于传统喇叭天线上作为覆层。仿真和测试结果显示三种不同相差分布的位相调制材料可使天线辐射的波束角分别偏转离法线10°、20°、30°，进而为后续开展波束方向可重构天线奠定了理论基础。