人工电磁材料是近些年物理学、材料学和电磁学的重要研究热点之一。该材料具有一些常规材料所不具有的特性，这些新颖特性能够应用在许多重要领域，突破传统瓶颈。本文所研究的零折射率材料作为人工电磁材料的一种，具有零折射率、近零相移等特点，近零折射率材料能够应用在很多新型微波器件和天线中。论文的主要研究内容包括：首先介绍了人工电磁材料的实现手段和实现理论，对具有负介电常数和负磁导率的人工电磁材料及具有零折射率的材料的特性进行了系统分析，对其所具有的特性及能够应用的领域做了阐述。重点分析了实现机理不同的几种零折射率材料单元，其中有磁谐振单元开口谐振环（SRR）、电谐振单元弯折金属线、电场耦合谐振单元（ELC）以及基于开口谐振环的互补开口谐振环（CSRR）。然后对零折射率材料在提高天线增益和定向性方面进行了研究，阐述了零折射率覆层的波束汇聚原理，分析了覆层面积、覆层层数和覆层与天线间距离对天线性能的影响，并利用金属过孔和弯折线组合有效的降低了零折射率材料的响应频率，对人工电磁材料的均匀性进行了改善，提出了一种应用于圆极化天线的零折射率覆层。对F-P谐振理论进行研究，分析了F-P谐振理论对确定覆层天线谐振腔高度的有效性，并以F-P理论为指导，设计了一种具有负反射相位和一定反射幅度的零折射率覆层。