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现代通讯技术的迅猛发展，使人们的日常生活得到极大的便利，同时也丰富了人们的娱乐生活。微带天线由于体积小，重量轻并且易于集成等一系列优点，引起了广泛的关注，并被应用于通信技术中。现代通讯系统对天线性能提出了更高的要求，而传统的微带天线已经难以满足。人工超材料(Metamaterials，MTMs)的出现，吸引了科学工作者的广泛关注，近年来零折射率材料(Zero-indexmaterials，ZIMs)作为人工超材料的一个新的分支，更是引起了人们的重视。零折射率材料的波束汇聚作用能够使辐射的电磁能量定向化，应用于微带天线中可以很大程度地提高天线的增益和定向性，从而提高微带天线的性能。 本文首先介绍了微带天线相关基本理论，接着对零折射率材料的概念、特性等相关内容进行了介绍。由于基本电磁特性参数（介电常数和磁导率）是决定电磁波在介质中传播的基本特性参量，所以在第三章，对提取介电常数和磁导率的S参数提取方法做了重点介绍。在此基础上，本文设计采用了不同单元结构来实现近零折射率超材料，从而应用到微带天线中。 本文的研究工作主要如下: 设计了基于近零折射率材料(Near-zero-index material，NZIM)的螺旋线左手材料微带天线。该天线表现出了近零折射率效应和左手效应。通过模拟仿真并分析数据，发现在频率13.78GHz处，该复合螺旋线天线与普通微带天线相比，增益提高了3.78dB;在频率28.02GHz处，该复合螺旋线天线与普通微带天线相比，增益提高了7.26dB。并且该复合螺旋线天线的其它性能也有较明显的提高:具有更低的回波损耗，电压驻波比值更接近于1。 设计了基于近零折射率材料的十字贴片微带天线。基于十字贴片结构的复合介质板在天线工作频率处，表现出近零折射率效应。经过对该天线仿真模拟，发现在频率15.57GHz处，该十字贴片天线与普通微带天线相比，增益提高了6.35dB;在频率28.32GHz处，该十字贴片天线与普通微带天线相比，增益提高了3.93dB。同时，发现该复合天线具有更低的回波损耗，电压驻波比值也更接近于1。 设计了基于近零折射率材料的复合方形环覆层的微带贴片天线。将近零折射率材料覆盖到辐射贴片的正上方，研究近零折射率材料作为覆盖层时对微带天线性能的影响。同时也为了证明计算方法结果的有效性，采用了时域有限差分法(Finite difference time domain，FDTD)和有限元法(Finite element method，FEM)对天线进行模拟分析，结果表明两种分析方法参数结果基本吻合。在工作频率6.26GHz处，基于周期排列的复合方形环介质板覆层的折射率接近于零，与普通微带天线相比，该复合天线增益更高，方向性更好。 最后，本文在基于近零折射率材料的复合方形环的微带贴片天线的基础上，继续研究了多层近零折射率超材料作为天线覆盖层时对微带天线的性能产生的影响。研究结果表明多层近零折射率材料能在不同程度上提高天线的增益和定向性。