新型电磁超材料由于其具有超越传统媒质的特殊物理特性,成为近几十年来在光学、电磁学和物理学方面重大研究方向。新型电磁超材料是由结构单元非周期或者周期排列而成,由于新型电磁超材料的物理尺寸远小于其工作频率波长,其可以被视为等效媒质。最初人们对新型电磁超材料研究方向倾向于双负媒质。随着新型电磁超材料研究的不断深入,金属丝线结构和穿孔介质这两种新型电磁超材料也逐渐走进了人们的视野中,金属丝线其色散曲线呈现为双曲特性,在亚波长成像、量子热能、传感、波导管等方向有着很广泛的运用。而穿孔介质有易于加工,在宽带范围内介电常数稳定的特点,常常用于实现透镜和变换光学下隐身材料的设计。本文研究了穿孔介质和金属丝线媒质的等效理论模型,并将该结构运用于双功能天线的实现上。本文的主要内容如下:1、说明了等效媒质理论和电磁参数提取的方法,介绍了周期性穿孔介质和金属丝线媒质的特性,并通过全波仿真验证了结构参数与电磁参数之间的关系。2、研究并设计了基于穿孔介质的双功能反射面与透镜天线。首先我们设计梯度折射率分布的平板反射面和平板透镜。在端射方向上可将其看成透镜,通过对梯度表面最外层改进为端射相位校准层,从而实现了端射和边射方向上的高增益,最后通过穿孔介质实现这两种双功能天线。3、研究并设计了基于金属丝线媒质与穿孔介质的双功能透镜天线,首先我们利用金属丝线和周期性穿孔介质的电磁特性,在边射方向上设计了一个梯度折射率分布的平板透镜,而端射方向上,我们利用金属丝线媒质有折射率接近零的特点,从而实现该方向上多波束的特性。