超材料在目前的电磁微波和新材料科学领域是研究的热点和重点。通过合理科学的设计超材料结构的相关尺寸和形状,可以获得自然材料中不存在的电磁特性,比如完美透镜效应、逆多普勒效应、后向波特性等等。超材料的负磁导率和负介电常数为我们设计或优化天线提供了一种全新的方向和思路。基于以上背景,本文在已有的超材料理论基础上设计了几款新型的超材料单元结构,并将这些超材料单元应用于单极子天线或MIMO天线上,然后重点分析了超材料单元对于原天线性能的提升和改善。论文的具体工作内容可概括为:设计了三种不同尺寸的超材料结构单元。这三种不同的结构单元在3.5 GHz或5.5 GHz频率上有着负的磁导率,将这些超材料单元加载于传统的单频单极子天线上,通过超材料单元耦合电流从而激发额外的工作频带,使得原始的两个单频天线分别可以工作于双频段和三频段,并且加载超材料后天线的辐射特性和阻抗匹配依旧良好。加载超材料实现多频的方式更加简单易行且制作成本更低,具有很高的实用价值。把5.5 GHz上有着负的磁导率的超材料单元应用于二单元MIMO天线上,目的是为了提高MIMO天线辐射单元之间的隔离度,减小单元耦合对MIMO天线性能的影响。本文采用了两种加载超材料的方式来提高MIMO天线的隔离度,方式一是将两块加载了超材料单元的去耦隔离板垂直放置于原始MIMO天线的两个矩形辐射贴片之间,方式二是将超材料单元加载于MIMO天线辐射单元的两侧,这两种方式相对原MIMO天线的隔离度分别提高了8个d B和7个d B,去耦效果显著,而且加载超材料对原天线工作频点和工作带宽影响很小,特别是当MIMO天线单元距离由λ/5降低到λ/10时第一种去耦方式的效果依旧显著,这对于紧凑型的MIMO天线去耦有着很高的参考价值。第二种去耦方式优点在于结构简单、制作成本低廉,具有很高的应用价值。