在各种雷达、电子设备等场合,单边辐射天线因其较高的增益和较好的电磁兼容性而在微波与光学领域均具有广泛的应用。长久以来,单边辐射的实现依赖于金属背板的反射,这不利于基片集成;微带天线虽具有较好的单边辐射特性,但其背板具有全频段的反射特性,造成基片无法进行空间复用。在本论文中,我们着重介绍一种基于超构材料(Metamaterials,MMs)原理的单边辐射天线,其特征在于:其不仅可在带内实现单边辐射,而且可与非工作频段实现良好兼容,因而同时有利于单边辐射的基片集成和三维空间复用。是一种具有各向异性的材料,在我国又称这种结构材料为超构材料。在本论文中,我们通过开口谐振环(SRRs)实现不对称性的磁电耦合的超构材料,并在根据这种超构材料对辐射有不定向性的影响设计了单边双极化和双边单极化的单边辐射天线。本文主要内容如下:1、描述了超材料超构材料和天线的研究背景及其研究现状,超构材料结构设计的基础,以及一些基于电磁超构材料的谐振机理与双各向异性特征,并描述了首次由Pendry教授提出的人工实现等效负磁导率和等效负介电常数的两种方法,这是其它超构材料设计的基础。2、超构材料通过理论公式讲述双各向异性MMs结构的不对称性,通过参数反演计算它的有效电磁参数。3、双各向异性MMs的结构不对称性与禁带特性,以及如何运用不对称的反射特性实现单边辐射天线。4.双极化单边辐射天线的设计、仿真和实验验证,仿真设计了两款单边双极化和一款双边单极化的5G毫米波频段的超构材料天线;仿真并制作了两款单边双极化和一款双边单极化的X频段的超构材料天线。