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现代无线通信系统如无线局域网(WLAN)、射频识别(RFID)、全球定位系统(GPS)等对天线的要求包括低剖面、重量轻、成本低、结构紧凑和平面化。此外,具有宽阻抗带宽(IBW)和良好的辐射特性天线能够提高系统的数据传输速度,在许多现代移动和无线宽带通信系统中更受青睐。虽然采用高介电常数材料印刷传统微带贴片天线(MPA)能实现具有平面性、低剖面和尺寸紧凑等特性,但它具有较窄阻抗带宽(<5%)、低增益(<6 dBi)、小孔径效率和大尺寸等缺点。本文采用在人工磁导体(AMC)表面上传播的表面波来改善传统微带贴片天线(MPA)的阻抗带宽和辐射特性,而利用其它零反射相位特性来大大降低了微带贴片天线的高剖面。本文对四副基于人工磁导体新型微带贴片天线,即,基于人工磁导体的薄剖面高增益宽带U形槽微带贴片天线;基于人工磁导体的高增益、高口径效率、尺寸紧凑的宽带微带贴片天线;基于人工磁导体的宽3 dB增益带宽的微带贴片天线以及一种基于人工磁导体的单层低剖面微带天线进行了建模、设计仿真和加工实验。实测结果和仿真相吻合。本论文的主要工作可以概括为:1.详细介绍了微带贴片天线和人工电磁材料的历史背景,以及人工磁导体加载于微带天线的研究现状。分析了人工磁导体结构的同相反射和表面波特性以及周围材料对其特性的影响,并且介绍测量人工磁导体特性的不同方法。最后总结出人工磁导体主要设计步骤及实例。2.为了克服传统U形槽微带贴片在理想导体接地平面上(PEC-GND)的高剖面特性,研制了一种基于人工磁导体的低剖面、高增益、以及宽阻抗带宽天线。为了获得更宽的阻抗带宽,在矩形微带贴片天线的两个辐射边缘下方的人工磁导体上开了两个槽,以释放边缘电场,降低天线的总品质因子(Qt),从而提高天线的阻抗带宽(IBW)。此外,在人工磁导体和理想导电接地平面上(PEC-GND)分别引入了四条带和一种缺陷接地结构(DGS),进一步提高了天线的阻抗带宽和高频段的增益。利用这种设计策略,一副剖面近似为h～0.03λ0的天线可以实现30%以上的相对阻抗带宽和10 dBi的峰值增益,同时兼具重量轻的优势。此天线非常适合于共形和宽带应用场景。3.提出了一种尺寸紧凑(横向尺寸S<λ0:是自由空间波长)人工磁导体加载的宽带高增益高口径效率微带贴片天线。通过克服人工磁导体与微带贴片天线之间的寄生平板电容对阻抗带宽的不利影响,并在人工磁导体中心引入一组接地过孔,实现了高增益高口径效率的人工磁导体加载微带贴片天线。通过将接地过孔集成到人工磁导体,使得人工磁导体结构成为一个左右手复合传输线,从而使其表面产生了更多的同相电流分布。因此,天线增益和口径效率都显著提高。该天线能实现25%以上相对宽带,峰值增益大于9.5 dBi,口径效率大于(100%)。该天线是雷达、多输入多输出(MIMO)以及大反射面天线馈元的理想选择。4.首次研究了天线基板对沿上下基片界面传播的表面波的影响,结果表明,上基片的加载增加了人工磁导体的有效介电常数,从而降低了人工磁导体零反射相位谐振和横向磁表面波传播常数。通过截断上基片,能够显著减小人工磁导体的横向磁表面波和有效介电常数,从而提高阻抗带宽和3-dB增益带宽(40%)。扩宽阻抗带宽和3dB增益带宽分别是由于减少了天线的总品质因子(Qt邻近的多个谐振模式)与降低了横向磁表面波的传播常数。5.提出了一种基于人工磁导体新型平面印刷宽带微带天线,该天线采用交叉偶极子形式的薄微带线馈电网络激励。馈源网络可充当电偶极子,而人工磁导体单元可充当磁偶极子,它们一起形成一个种低剖面(0.05λ0)印刷互补天线(磁电偶极子天线)。该天线具有宽阻抗带宽(>40%),几乎相同E和H面3dB束宽、低交叉极化和低背向辐射,稳定增益和辐射方向图等优势。