基片集成波导(substrate integrate waveguide,SIW)因为克服了矩形波导额外的电磁波辐射和泄漏缺点,SIW天线在各种通信系统得到了广泛的应用,格外是SIW多频段天线和SIW端射天线。但是,随着通信系统对天线的性能要求越来越高,如何设计出具有宽带宽、方向性好、低剖面、低互耦合、体积小、易集成的SIW天线如今成为学术界的一个难点和热点。本文应用SIW技术和超材料技术,设计了新型的超材料结构并应用到新设计的SIW多频段天线和SIW端射天线之上。主要包括:(1)论文设计了一种扩展的双“叉”型超材料和一种扩展的双“弓”型超材料。扩展的双“叉”型超材料由一个叉型金属贴片,以及在双叉金属贴片左右寄生的四个新叉瓣组成;扩展的双“弓”型超材料由一对背对的弓形金属贴片,以及横穿弓形金属贴片的矩形金属贴片组成。在频段20GHz-40GHz之内,扩展的双“叉”型超材料的有效介电常数、有效磁导率并不都小于零,扩展的双“弓”型超材料额有效介电常数、有效磁导率都小于零。(2)设计了一款加载超材料结构单元的T-型SIW天线。在一个SIW天线的T-型辐射贴片左右分别增加了两个竖直排列的超材料结构单元实现多频段,天线谐振点分别位于24GHz、29GHz和33 GHz。(3)X波段宽波瓣、高增益SIW端射天线设计。天线辐射体由一对引向振子和一对电偶极子组成。把设计的扩展的双“弓”型超材料加载到偶极子后方以及引向振子前方。仿真表明,发现天线的H-plane的后瓣和E-plane的左/右旁瓣降低3dB-5dB,天线的增益增加1dB-2dB。(4)毫米波超宽带SIW端射天线阵列设计。并把设计的扩展的双“叉”型超材料分三种不同的排列方式加载到天线阵列上,分析了加载的超材料结构之后对阵列隔离度和增益的影响。