“超材料"是一种人工合成材料，通过对一些周期结构材料进行尺寸和形状的合理有序的设计，使这些材料获得自然界常规材料所没有的新特性。这些新特性突破了传统电磁理论的基本概念，当其应用于微波器件中可极大地改善这些器件的性能。本论文以超材料为研究背景，研究小型多频超宽带的微带天线及其应用。主要工作及创新之处可以概括为：一、学习和研究了超材料的基本理论，掌握了超材料的基本设计、数值建模和特性参数的提取方法。据此设计了几款超材料结构，在微波段实现了负介电常数。通过电磁仿真软件对超材料结构参数对性能的影响进行了仿真研究，并验证了计算结果。二、运用超材料设计理论，通过在普通微带天线中加载超材料结构，设计了一款工作在X波段和Ku波段的小型化双频超材料微带天线，实现了天线小型化及双频功能。相对传统微带天线，超材料的天线几何尺寸缩小58%，且具有良好的辐射特性和增益。三、运用超材料设计理论，设计了一款Ku波段超宽带微带天线，通过合理调整超材料结构及天线的工作频率，使他们彼此靠近达到展宽频带的效果，设计出来的天线带宽达到29%，符合超宽带的要求，增益稳定，辐射特性好。四、设计了一款应用于局域网（WLAN）的5.8GHz超材料微带天线，贴片尺寸只有同类微带天线的九分之一，增益跟带宽均达到设计要求。