超材料（Metamaterial,MTM）是一种具有负折射率、逆多普勒效应等特殊性能的人工电磁材料,其物理性质是自然界其他材料所不具备的。正是由于其独特的电磁特性,从它提出至今,吸引了众多研究者的关注,在微波器件的设计中有着非常广泛的应用。运用超材料设计的滤波器与滤波天线可以很好地满足通信系统对于器件小型化、集成化与可调节的要求,具有广阔的发展前景。本文首先介绍了超材料的研究现状与5G通信技术的发展,总结了超材料单元结构互补开口谐振环（Complementary Split Ring Resonator,CSRR）与其他超材料结构在器件设计中的应用。其次,归纳了CSRR的相关理论、复合左右手传输线理论以及缝隙耦合天线的理论。最后,基于超材料分别设计了两款覆盖5G通信频段的微波滤波器与一款新型结构的滤波天线。具体研究内容如下:第一款滤波器在基板四角设置金属通孔,利用CSRR结构改善其带内带外特性。由于CSRR的谐振频率与其尺寸有关,改变不同位置环的大小,可以得到四种不同的传输特性。优化后的两个通带分别为3.22-3.78GHz与4.50-5.00GHz,通带内插入损耗小于0.78d B,频带选择性较好。第二款滤波器运用复合左右手传输线理论来设计。在介质基板上表面设置双L形微带线,接地板刻蚀CSRR,垂直于接地板的TEM模可满足CSRR的激励条件。采用金属条带来实现定值电容与微带线的通断,达到调节滤波器频带的目的。所设计的滤波器在金属条带断开时为3.23-5.44GHz的宽通带,金属带连接后为3.30-4.71GHz的阻带,说明可以通过控制金属带实现通带与阻带的切换。第三款滤波天线底部采用微带耦合缝隙馈电,上层超表面由均匀的分形金属片单元组成。经过测量,该滤波天线10-d B阻抗带宽为23.6%（3.22-4.08GHz）,通带内平均天线增益为8.1d Bi。滤波天线中不涉及任何额外滤波电路,插入损耗被理想地消除。通过使用精心设计的超表面,可以使天线获得低剖面、高增益和宽带滤波等性能。