电磁超介质作为一类新型的人工电磁材料,由于其奇异的电磁特性,在电磁学及相关领域掀起了一股新的研究热潮。电磁超介质的理论研究已取得很大的进展,其在卫星通信、雷达、微电子、医学成像等领域的应用前景,更是推动了其自身的迅猛发展。由于人们可以实现任意数值本构参数的电磁超介质,这使得探索其在无线通信各类天线中的应用研究变得非常广泛。因此,探索电磁超介质新型天线的新特性,研究其基本理论及性能,在推进电磁超介质新型天线的工程应用方面具有重要的意义。本文围绕电磁超介质在天线中的仿真、实验及应用,主要开展了以下几方面的研究：首先,谐振型超介质和传输线型超介质的理论研究。分析了等效介质理论,以及这两种超介质分别实现等效负介电常数和等效负磁导率的物理机制；并对复合左/右手传输线的等效LC网络进行分析,同时给出了传输线参数、等效LC网络参数、等效本构参数之间的相互转换关系。其次,加载谐振型负介电常数超介质的高增益蝶形天线设计与分析。设计了基于电场耦合的平面结构谐振型负介电常数超介质,S参数测试及本构参数反演验证了其等效负介电常数特性,该电场耦合超介质由于不需要单元之间的电耦合而可以代替传统的金属线谐振器。将其作为具有频率选择特性的反射板,加载于传统的双向辐射宽带蝶形天线背面,仿真、实验验证了新型天线的频率选择特性以及高增益特性。最后,蘑菇型复合左/右手传输线漏波天线设计与分析。针对谐振型超介质谐振频带窄、损耗大、谐振型超介质加载天线的尺寸较大等缺点,构建了2×2蘑菇型复合左/右手传输线漏波天线,模型仿真得到其宽带特性,不同频率点处的远场方向图指出其具有背射-端射波束扫描特性及交界频率处的横向辐射能力。本文的主要创新点是：设计了基于电场耦合的负介电常数超介质,作为频率选择反射板加载于蝶形天线后,两者之间距离的改变使得新型天线具有频率可调特性；设计了蘑菇型复合左／右手传输线漏波天线,单元结构的增加可以实现天线增益的大幅度增加,且可以通过对结构参数的调整来实现对新型漏波天线性能的调节。这两种高增益且可调的天线具有一定的潜在应用价值。