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在通信技术飞速发展的今天,各种智能终端支撑起了现代的信息化社会,为了能够满足多种不同通信协议的需求,天线设计的多频化将会是重要的研究课题。传统微带天线的设计技术已较为成熟,但是在解决复杂的多频段与更严苛的小型化需求时,仍有所不足。利用左手材料特殊的物理性质实现的不受尺寸限制的天线设计,很好的克服了天线小型化与多频化的矛盾,是天线设计的研究热点。本文主要讨论了超材料和左手材料的理论基础以及在天线设计中应用形式,并在此基础上设计了两款多频微带天线,针对当今研究热点的5G通信中的MIMO天线以及微波能量传输系统中的整流天线系统进行扩展的应用设计。本文第一部分提出了一种新的非对称共面波导馈电(ACPW)的四波段混合天线。本次提出的混合天线,将传统单极子天线,缝隙天线与零阶谐振器(ZOR)进行组合,利用ZOR天线的特点实现了低频部分的小型化设计,同时通过单极子天线与缝隙天线弥补了ZOR天线带宽较窄的不足。从仿真结果我们可以看到它可以在三种辐射模式下覆盖全球定位系统(GPS,1.57-1.59 GHz),无线局域网络(WLAN,2.4-2.485、2.69,和5.725-5.825 GHz),和全球微波接入互操作性(WiMAX,2.5-2.69,3.3-3.7,和5.25-5.85GHz)的应用,同时有着可以接受的增益。在该微带天线的基础上提出了一种4×4结构的MIMO天线设计,通过对原天线的修改以及扩展设计,实现了工作频率分布在1.57GHz(1.53-1.6GHz),2.4GHz(2.39-2.51GHz),3.5GHz(3.40-3.75GHz)以及5.5GHz(5.12-6.10GHz),该MIMO天线很好的满足了5G应用在3.5GHz主要频段的工作需求,也满足了5-6GHz未来WIFI应用预留频段的工作需求。本文第二部分提出了一种同时满足全球定位系统(GPS)、无线局域网(WLAN)和全球微波接入互操作性(WiMAX)应用需求并带有独立频率控制的共面波导馈电的工形单极子天线,该天线是一块单面印刷的FR4基板,整体尺寸为45×25×1.6mm3,可分为三个模块分别是一个工形单极子天线,一对开口环谐振器以及共面的接地面。该天线每个工作频段都由独立的辐射单元产生,能够实现频率的独立控制,使得天线的设计、优化和调试更加便利。通过仿真和测试验证了该天线工作频段包含1.575GHz(1.57-1.59GHz);2.4/5.2/5.8GHz WLAN(2.4-2.485,5.15-5.35,5.725-5.825GHz)以及WiMAX(2.40-3.60,5.25-5.85GHz)同时具有良好的辐射模式和接收增益。在此基础上提出了一个整流天线系统,通过ADS仿真设计实现了5.8GHz频率微波输能系统中的整流电路系统,ADS仿真结果整流效率达到64.6%,验证了提出的整流天线结构的可行性。