随着无线通信系统的快速发展,移动终端迫切急需小型化、多频带、宽频带和高效率的天线。复合左右手(Composite Right/Left-Handed,CRLH)传输线具有后向波、低损耗及可控的色散曲线等特性,被广泛应用于天线和微波器件。负介电常数(EpsilonNegative,ENG)传输线是CRLH传输线的一种简化形式,也有诸多应用。本文从ENG传输线和CRLH传输线在天线中应用出发,研究实现宽频带和高效率天线的技术途径。首先,简要介绍超材料和CRLH传输线的基本性质及国内外的研究现状,分析了ENG传输线和CRLH传输线的基本理论和实现形式。其次,讨论一些天线特征参量的基本概念。依据电小天线理论,指明了小型化、辐射效率与宽频带之间的内在矛盾,为设计高性能天线提供指导。其次,系统地分析了ENG传输线的零阶谐振器(Zeroth-Order Resonator, ZOR)和一阶谐振器(First-Order Resonator, FOR)的谐振频率、品质因数和相对带宽等参数。从理论上推导出了一阶谐振器的带宽计算公式,提出ZOR和FOR的带宽拓展技术。为了更好地理解其谐振机理,提出了周期性单元数目为3的FOR等效电路模型。为了验证提出的带宽拓展技术的正确性,设计了一款非对称共面波导(Asymmetric Coplanar Waveguide, ACPW)馈电的宽带双频高效率天线。利用CST MWS和Ansoft HFSS进行联合仿真,加工了实物,然后进行测试。仿真与实测数据较为吻合,该天线具有双频特性、较宽的工作带宽以及高效率等优点,适用于GSM、UMTS、LTE、WLAN和WiMAX等宽带无线通信系统中。然后,本文提出了基于双频融合的宽带高效率天线技术。通过调节电抗参数和实现形式,将拓宽带宽的ZOR和FOR融合在一个工作频率带宽内,以实现天线的宽频带；通过设计非对称的天线结构,激发传输线的奇模电流,使较大的地板参与天线辐射,以改善辐射效率。设计了两款基于不同馈电结构的宽带高效率天线,与共面波导结构相比,非对称共面波导具有更高的设计灵活性。实测结果表明,它们不仅实现了小型化和宽频带,而且保持了高的效率及全向性辐射。最后,我们总结了现有超材料天线的带宽拓展技术,提出利用融合多个谐振模式的方法来弥补单一谐振带宽窄的缺点。采用损耗较小的弯折线、交指电容和缝隙电容等分布式元件,在不对称共面波导上设计了一款新型CRLH传输线的宽带高效率天线。通过与同类型研究成果对比可知,该天线具有简单紧凑、无过孔、较宽的工作频带以及全向性的辐射方向图等优点。