近年来,左手材料(Left-Handed Metamaterials,LHM)由于其奇异的电磁特性在物理学、电磁学、光学以及材料学等研究领域受到了广泛的青睐。本文主要研究了 LHM及其在微带天线中的应用,设计出了基于LHM的新型微带天线。首先,介绍LHM的基本理论,总结了 LHM的发展及研究现状,对负介电常数和磁导率的实现机理进行了理论推导,并分析了 LHM的电磁特性;通过研究SRR结构和八边形单面开口谐振环(Split Single-Ring Resonator,SSRR)结构,验证了 LHM具有负介电常数和负磁导率的特性,并深入研究了影响八边形SSRR结构LHM特性的结构参数,为LHM在微带天线中应用奠定了基础。其次,简单阐述了微带天线的基础理论,采用加载八边形SSRR结构LHM覆层的方法,设计了一款高增益的微带天线,并且具体分析了 LHM覆层距离天线不同高度时对其电磁特性的影响。加载八边形SSRR结构LHM覆层后,微带天线的增益提高了 2.9dB,半功率波束宽度降低了 41°,谐振频率和带宽基本不变。验证了 LHM覆层对天线具有汇聚电磁波束,提高增益的作用。最后,研究了 LHM实现微带天线小型化的理论依据,采用不同的加载方法,设计了两种小型化微带天线:基于左手传输线的小型化天线和圆形单开口谐振环(Circular Split Single-Ring Resonator,CSSRR)的小型化天线。贴片上加载左手传输线结构的微带天线,在谐振频率1.74GHz处,尺寸比普通微带天线的尺寸减小了 50.83%。接地板上加载CSSRR结构的微带天线,在谐振频率5.8GHz处,尺寸比传统微带天线的尺寸减小37.52%。对天线进行了实物加工,并测量了其回波损耗,测量结果与仿真结果吻合较好。因此,加载LHM可以减小微带天线的尺寸,实现天线的小型化设计。