由于磁性周期结构奇异的电磁性质，其已被广泛的研究和应用。近年来，磁性周期结构在微波领域，如微波电路、微波功率放大器、天线、谐振腔、滤波器等方面得到了广泛的应用。铁磁性材料具有磁导率受外加偏置磁场调制、旋磁各向异性、法拉第旋光效应等电介质或金属材料通常不具备的电磁性质。由铁磁材料构成的磁性周期结构有着特殊的电磁性质，对其研究已成为一个热点。因此对磁性周期结构的负折射特性和定向辐射增强应用的研究具有重要的意义。　　本文主要针对磁性周期结构中的负折射和定向辐射增强现象进行了理论分析和数值计算。主要分为以下几个方面:　　(1)提出了一种简单方便的表征人工电磁材料的方法-材料的品质因数空间。在品质因数空间中，电品质因数和磁品质因数构成的折射率相图的提出方便了正常材料、单负材料和双负材料的表征、分类和实现。利用所提出的品质因数空间，讨论了单负材料和双负材料的损耗，发现在负折射率一定时双负材料有更小的损耗。数值计算验证了方法的正确性。　　(2)设计了由钇铁石榴石薄膜和掺杂硅薄膜构成的一维层状周期结构的负折射材料，研究组份材料的电磁参数和几何结构参数对负折射率的影响。利用铁氧体的磁导率可由外加偏置磁场调节的特点，实现了对周期结构材料负折射率的可控调节。数值仿真验证了理论设计的可行性。　　(3)以镁锰(Mg-Mn)铁氧体二维磁性光子晶体为例，研究了磁性光子晶体在线源定向辐射中的作用，发现辐射源在不同的偏置磁场下有频率可调的定向辐射特性。不同的偏置磁场下能带结构图的研究指出:嵌入在光子晶体中的辐射源，当工作在光子晶体带隙边缘时，有很强的定向辐射特性;而磁性光子晶体的带隙结构受外加偏置磁场的调节作用使得嵌入在其中的定向辐射源工作频率能够得到调节，从而增加定向辐射源的工作频率范围。数值仿真验证了理论设计的正确性。　　(4)利用抛物线形左手材料柱设计了高方向性系数的辐射器。分析了抛物线柱尺寸对方向性系数的影响。随着抛物线柱的焦距或特征长度的增加，线源的方向性系数越大。比较了同尺寸的左手材料抛物线柱和传统的抛物线天线的背向散射截面(BCS)，发现左手材料抛物线柱有很小的BCS，指出了它在隐身天线中的潜在应用。