超介质是一种人工电磁材料,具有与自然物质不同的电磁特性。设计实现任意介电常数、磁导率和折射率的超介质使得超介质在微波领域的应用提供了可能,特别是超介质加载到天线上的问题得到广泛关注,研究具有重要的应用价值。本文据超介质理论和天线相关理论设计了两种加载超介质天线,并且所设计的天线能够应用于探地雷达系统。针对探地雷达常用的碟形天线具有超宽带,但是方向性不好,增益有限的问题,本文提出了一种金属背腔加载到天线的背面,从而实现天线的单向辐射。尽管金属背腔的加载解决了蝶形天线的辐射单向性,但是天线的方向性有待改进,天线的半功率波瓣宽度太大使得能量辐射不集中。为此,提出了一种加载零折射率超介质的天线,使得天线的增益提高了1.725 dB。根据传统的Vivaldi天线具备超宽的特性,本文设计了一种零指数超介质,并将其嵌入到Vivaldi天线的开口处使得天线的整体结构紧凑而且体积小。与原始Vivaldi天线相比,加载超介质的Vivaldi天线的增益增加了0.9dB-2.48 dB,而且半功率波瓣宽度减小了10度。本文的主要创新点是：设计了具有特定性质的超介质,并将其加载到天线上,提高天线的方向性和增益,实现了超介质在天线上的应用潜力。