无线通信技术的快速发展,促进了紧凑、全集成射频前端产品成为无线通信系统的设计主流。差分天线改变了传统的单端口设计方法,直接把差分信号馈入到天线的两个端口,为设计高集成的射频前端提供了有效的解决方案。微带天线因重量轻、剖面低、易于集成等诸多优点,已在诸多领域得到广泛的应用。因此,差分微带天线的研究引起了学者们的广泛关注。左手材料是自然界中不存在的人工周期结构,它具有介电常数和磁导率为负的特点。由于左手材料具有负折射、反常多普勒效应、完美透镜等奇异特点,因此左手材料具有潜在的应用价值。将左手材料应用于天线,提高天线性能成为一个越来越重要的研究方向。本文主要研究了基于左手材料的差分单频贴片天线和基于左手材料的差分双频缝隙天线。论文主要包括以下几部分内容：第一部分,简要介绍了差分微带天线和左手材料的研究现状。第二部分,首先介绍微带天线的基本概念和基础理论,包括微带天线的分类和馈电方式,表征天线性能的几个重要参数。其次介绍左手材料的概念,左手结构实现的理论依据及左手材料等效介质参数提取方法。第三部分,提出了一种应用于全球微波互联接入网络(Worldwide Interoperability for Microwave Access, WiMAX)的差分单频贴片天线,通过在辐射贴片刻蚀U型缝隙的方法实现天线的小型化。与传统的半波长天线相比,天线的尺寸为15 mm ×15 mm (0.38 λg × 0.38 Ag, Ag为天线的导波波长)。为了改善天线的带宽性能,设计了一种新型的哑铃型开口环金属线复合周期结构的左手材料,将左手材料作为天线的覆层。结果表明,覆层左手材料的差分单频贴片天线的带宽和增益均得到改善。第四部分,提出了一种应用于射频识别(Radio Frequency Identification, RFID)和无线局域网(Wireless Local Area Network, WLAN)的差分双频缝隙天线,通过弯折缝隙的方法实现天线的双频谐振和小型化特性。与传统的半波长天线相比,天线尺寸为60 mm × 60 mm (0.36 λg × 0.36 λg,λg为天线低频段的导波波长)。为了改善天线低频段带宽性能,设计了一种新型的双频段左手材料,将左手材料作为天线的覆层。结果表明,覆层左手材料的差分双频缝隙天线的带宽,增益及辐射特性均得到改善。