无源电磁周期性结构(Passive Electromagnetic Periodic Structures: PEPSs))作为人工电磁材料的一般实现方式，现已广泛应用于微波和天线领域。例如采用一维周期性结构实现的CRLH TL(Composite Right/Left-Handed Transmission Line: CRLH TL)，可将其应用于小型化微波滤波器中；以及采用二维周期性结构实现的人工磁导体AMCs(ArtificialMagnetic Conductors: AMCs)和频率选择性表面FSSs(Frequency Selective Surfaces: FSSs)，在低剖面、高增益天线应用中有着巨大的应用前景。因此，进一步深入研究周期性结构在天线中的应用具有重大的意义。本文通过理论分析与实践结合的方式，着重研究了几种周期性结构，探讨了周期性结构在天线小型化、陷波特性、低剖面和高增益等方面的应用。作者的主要研究工作和成果可以概括为：1.研究了一维有限周期性结构的色散特性提取技术。针对元胞间仅存在弱耦合的情形，提出了高效的单元胞法；而当元胞间存在强耦合效应时，根据具体元胞是否满足对称或互易特性分别提出了均匀等效法和宏元胞法。2.设计了基于零阶谐振的低剖面高效率天线。首先分析了CRLH TL的零阶谐振特性及其LC集总网络实现。然后分析了折叠偶极子的阻抗提升效应，并且设计了基于零阶谐振的低剖面折叠单极子天线，采用两元的MTM(Metamaterials: MTM)元胞加载，实现折叠单极子的同相馈电，并且使其阻抗提升为原来的4倍，简化了天线的匹配方式。最后设计了一种基于零阶谐振的缝隙加载的负天线，对两MTM元胞和四MTM元胞的天线结构，分别采用耦合馈电和阶梯阻抗馈电方式，不仅简化了天线的馈电结构，同时实现了低Q值高效率辐射。3.设计了多种具有陷波特性的超宽带印刷单极子天线。首先设计了分别在辐射贴片或地板上引入倒“L”和倒“C”缝隙以实现单陷波特性，或同时在这两者地方引入倒“L”或倒“C”缝隙实现双陷波特性，并且分析其工作原理以及给出相应的等效电路。最后设计了基于周期性结构的蘑菇EBG的单陷波超宽带天线，在f3.5GHz实现较好的陷波特性。4.设计了基于CRLH TL的串馈圆极化阵列天线。首先分析了CRLH TL的传输线理论及其LC集总网络实现，然后设计了基于CRLH TL零阶谐振特性的1分6路串馈功分器，实现了功分器的小型化，进而分析了矩形单臂螺旋天线的特性，设计了波束倾斜的矩形单臂螺旋天线，并结合串馈阵设计出串馈圆极化天线阵列。5.研究了基于Fabry-Perot谐振腔的PRS(Partially Reflective Surface: PRS)低剖面高增益天线。首先通过研究AMC在TE模式和TM模式情况下的表面阻抗来分析AMC结构的反射相位特性和表面波带隙特性，进而从结构上对AMC进行参数化分析，得到谐振频率随主要参数的增大而降低，同相反射带宽随主要参数的增大而变小的特性，同时研究AMC结构的小型化、宽带化和多频化。最后结合AMC结构设计基于Fabry-Perot谐振腔的低剖面高增益天线。