超材料是一种人工的新型电磁材料,是近几年来在光学、物理学和电磁学领域的一项重要研究,超材料具备很多有趣的电磁特性,通常是天然材料所不具备的。超材料通常由亚波长单元结构按一定规律周期排列而成,因此在宏观情况下可以视作均匀的等效媒质。超材料的一个重要特点就是可以通过调整其结构和尺寸改变电参数,从而理论上可以获得人们所需要的任何电磁特性,进而更方便地操控电磁波。借助超材料的这种特性,可以实现很多微波器件和天线的设计。人们对超材料的研究始于左手介质,即介电常数和磁导率都是负数的介质,之后对超材料的研究不断深入,出现了近零折射率超材料和梯度折射率超材料等不同的研究方向,其中金属丝线结构和穿孔介质由于其可调控和易于加工的特性,逐渐被研究者们重视。金属丝线结构由于其双曲特性,在近零折射率超材料和亚波长成像方面被广泛应用;穿孔介质由于其加工简单,且在宽带下的等效介电常数非常稳定的特点,常用于实现透镜、反射镜等光学变换器件等。本文主要探讨了将金属丝线媒质和穿孔介质结合为一种新型的混合介质,将其各向异性的特性应用到双功能天线的设计上。本文的主要研究内容如下:1、介绍了超材料的电磁参数反演方法,并应用于穿孔尺寸梯度排布的穿孔介质的实现和近零折射率金属丝线媒质的实现。2、介绍了基于混合介质的正方形双功能天线,利用混合介质单元的各向异性特性设计了一款双功能天线,在轴向辐射下可以实现高增益的笔形波束的反射镜功能,在径向可以实现四波束的透镜功能。3、介绍了基于混合介质的正三角形和正五边形双功能天线,将正方形的双功能平板拓展到了多边形,两种天线都能在轴向实现高增益笔形波束的反射,并且在径向分别实现三波束和五波束的辐射。