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随着无线电通信系统向着集成化、多功能化、小型化的方向迅速发展,天线作为这些系统的入口和出口,担负着接收和发射信号的重任,这就要求天线也将向着小尺寸、多频带和宽频带的方向发展。近些年来,由于超材料的奇异特性,开始引起了物理界和电磁界学者的关注。和传统的超材料相比,微带线实现形式下的复合左/右手传输线在结构上具有连续性、损耗低、带宽宽的特点,为微波/射频器件的设计开辟了一种截然不同的思路。本文主要研究复合左/右手传输线理论在实现天线的小型化和多频段这两个方向上的应用。首先,本文简单概括了利用复合左/右手传输线理论实现天线小型化、多频带化天线的研究背景和意义,并简要分析了超材料在微波/射频领域,尤其是天线设计领域的国内外研究现状；接着详细分析了左手材料的传输线方程、左手材料的电磁特性和复合左／右手传输线的基本理论,特别是零阶谐振器的基本原理。其次,本文归纳了实现天线小型化的几种技术手段,基于ENG-TL (epsilon negative transmission-line,负折射率传输线)理论,设计了一款小型化天线。该天线是由一个ENG-TL单元结构构成,为了扩展天线的带宽,在金属贴片与地面之间加载了带状线,在2.53GHz处产生了一个新的谐振点,将此谐振点和零阶谐振点融合,达到了扩展天线带宽的目的。天线的尺寸只有15x22x0.8mm3,从实测结果可以看出,该天线的工作带宽为2.49-3.0GHz,在2.68GHz处的增益为1.59dB。该天线具有尺寸小,结构简单,以及辐射特性较稳定的特点,并且可以应用于WiMAX/2.5GHz移动通信系统。然后,本文归纳了几种实现天线多频带的技术,基于超材料加载技术,设计了一款三频带天线。该天线由矩形辐射贴片、带状线、互补开口谐振环缝隙构成。在地面和辐射贴片之间加载带状线构成了ENG-TL结构,在2.53GHz处增加了一个新的零阶谐振点,为了使天线能够覆盖WiMAX (3.4-3.69GHz)的频段范围,在双频天线的基础上加载互补开口谐振环缝隙。天线采用的是相对介电常数为3.5的F4BM350板材,其尺寸为14.5x25x0.8mm3,从实测结果可以看出,天线的工作频段分别为：2.35-2.61GHz、3.38-4.01GHz和4.25-6.65GHz。该天线具有结构简单,尺寸小,带宽较宽的优点,能够完全覆盖WLAN2.45/5.2/5.8GHz和WiMAX3.5/5.5GHz无线通信系统的频段。最后,本文归纳了几种频率可调技术,将可调谐技术和零阶谐振器理论相结合,设计了一款基于CRLH-TL (composite right/left-handed transmission line, CRLH-TL)的频率可调谐小型化天线。天线的尺寸大小只有13×14x0.8mm3,从仿真结果可以看出,该天线的谐振频率可调范围为890MHz,当变容二极管的电容值发生变化时,该天线的方向图基本上比较稳定。