本论文的核心是电磁带隙结构和低折射率特异媒质在天线设计中的应用，研究内容涵盖了电磁带隙结构的禁带特性、低折射率媒质的电磁特性。对天线的研究包括单/偶极子天线、微带天线及天线阵、喇叭天线和双面印刷偶极子天线等。天线的仿真结果和测试结果较好地论证了电磁带隙结构和低折射率特异媒质等人工电磁材料对天线性能提高的显著作用。　　 电磁带隙结构的概念来自光子晶体，本文主要讨论蘑菇状的高阻抗表面型电磁带隙结构。这种结构相比于传统的微波光子晶体，具有尺寸紧凑的特征，在天线的应用方面显得特别重要。高阻抗表面型电磁带隙结构的禁带特性通过两方面表现出来：抑制表面波传播和对电磁波的同相位反射。抑制表面波传播的特性有助于改进天线的辐射性能如提高增益、减少后向辐射及天线阵元之间的互耦等，这方面的具体应用包括微带天线、喇叭天线等。而同相位反射特性可以用于低剖面天线的设计，以使天线小型化。我们在双面印刷偶极子天线的设计中成功地使用电磁带隙结构的反射板代替传统的金属反射面，使天线的高度降低同时增益得到提高。　　 另外，基于左手媒质的概念而提出的低折射率人工电磁材料应用在天线的设计方面，能显著地提高天线的方向性系数，这在高增益天线系统中具有较高的应用潜力。我们深入地分析了由金属网格和泡沫材料构成的低折射率媒质的电磁特性，利用简单的单极子辐射源验证了这种媒质的低折射率特性，并成功地将其作为天线的覆层应用到微带贴片天线和天线阵的设计当中。在设计天线阵时，发现由于覆层的作用，阵元间距不再遵循传统天线阵所恪守的不大于一个工作波长的限制，这点突破对此类天线阵的设计具有重要意义。　　 本文是对新现象新问题的初步研究，尚存在大量问题需要进一步探索。