异向介质(Metamaterials)一直是近年来物理学科和电磁学科中科研人员积极探究的领域之一,其介电常数或磁导率在某特定频率上为负值,呈现负折射特性。随着无线通信相关领域的快速发展,通信设备变得越来越微型、越来越便捷,这对研发体积更小、性能更优良的微波器件带来了挑战。将异向介质应用到微波器件中,不仅可以减少微波器件的尺寸,而且能在一定程度上提高微波器件的性能。鉴于此,本文对微波器件中异向介质的性能和应用进行了深入研究。异向介质分为谐振型结构和复合左右手传输线结构,本文分别对这两种结构的特点及其在微波器件中的应用进行了研究。通过研究异向介质谐振型的开口谐振器(SRRs)、螺旋谐振器(SRs)、互补开口谐振器(CSRRs)和互补螺旋谐振器(CSRs)结构的等效电路模型可以得出:增大谐振器的等效电感或等效电容可以降低它们自身的谐振频率,在微波器件中加载谐振器可以一定程度地减小微波器件的谐振波长以实现小型化。重点研究了多环互补开口谐振器和三阶互补螺旋谐振器结构,通过理论分析和仿真证明了他们可用于微波器件的小型化。基于此,设计了三种基于CSRRs或CSRs的W-CDMA频段的小型化双工器,测试结果和仿真结果基本吻合,它们具有相同的尺寸,其尺寸只有无加载CSRRs/CSRs双工器的三分之一。另一方面,本文还研究了复合左右手传输线(CRLH)的理论和色散特性,重点论述了复合左右手传输线的平衡状态条件及其特性。设计了一种新型的CRLH传输线结构,它是通过在半模基片集成波导(HMSIW)的正面金属层和地板上同时加载交指电容的方法实现的,其在HMSIW截止频率下可以产生两个具有异向介质特性的谐振频点,并且在这两个谐振频点处两端口存在90o的相差,可等效为四分之一波长传输线,而HMSIW在大于谐振频率处还存在具有90o相差的频率,利用这个特性可以实现微波器件的双频特性。最后,基于新的提出的传输线结构,设计了一款双频段的混合环耦合器,通过仿真和测试验证了其双频特性。