时间反演电磁波的空时聚焦特性,使时间反演技术在无线通信、无损探伤、医学成像、肿瘤治疗、能量传输等领域受到广泛的关注。相比于时间反演技术应用研究的蓬勃发展,时间反演电磁波传播特性的研究却相对缓慢;然而,认识时间反演电磁波传播的特点,明晰时间反演电磁波空时聚焦特性背后的物理机制,探查时间反演电磁波的亚波长超分辨聚焦现象的机理,不仅有助于加深对电磁场理论的认识,而且对时间反演技术的应用具有重要参考价值。本文对时间反演电磁波的传播特性进行了研究,其主要内容如下:第一章介绍了时间反演研究的相关背景和发展动态。第二章研究了波导内的时间反演电磁波的传播特性。首先,根据时间反演腔理论推导出了矩形波导内时间反演场的解析表达式,对这些表达式的分析表明:波导的金属边界条件,使得格林函数或者是格林函数的法向导数在金属边界上为零,因而在金属腔体内使用较少的时间反演镜便可获得良好的聚焦效果。接着,研究了波导内时间反演场的时域聚焦特性,结果表明:只有在聚焦时刻,源位置处接收的时间反演信号幅度才最大。进一步,利用模式匹配法研究了时间反演电磁波在不连续平行板波导内的传播,研究表明:时间反演操作通过补偿传播波模式的相位,实现了场的空间聚焦。最后,构造了一种具有两组散射体的平行板波导结构,获得了约为?/5分辨率的聚焦效果。利用模式匹配法对具有两组散射体的平行板波导内时间反演场的研究表明,只有有效地激励起倏逝波模式,才能获得远场时间反演的亚波长聚焦。第三章研究了天线性能对时间反演聚焦效果的影响。首先,从理论上分析了天线的增益方向图、带内平坦度、极化和工作带宽等参数对时间反演效果的影响。研究表明:定向天线由于在不同方向上接收的多径的衰减损耗不同,所以其时间反演聚焦信号不同于全向天线的时间反演聚焦信号;由于天线对各个方向上来波的频域幅度失真不相同,将造成时间反演聚焦峰处叠加信号的不同,从而导致更为严重的信号失真;收发天线的极化不匹配、天线在不同方向上极化的不一致性,都将改变接收到的时间反演信号的能量;天线工作带宽越宽,信道间的相关度越低,时间反演聚焦效果越好。然后,通过实验研究了具体的天线参数对时间反演聚焦效果的影响。对比全向天线和定向Vivaldi天线的时间反演聚焦效果,结果显示:使用定向性天线作为时间反演镜天线时,接收信号多径数目少于使用全向性天线作为时间反演镜天线时的多径数目;但定向天线接收到的多径信号相比于使用全向天线时接收的多径信号具有较高的能量强度。使用对数周期天线和Vivaldi天线研究了天线带内增益不平坦度对时间反演聚焦的影响,结果表明:由于所用的对数周期天线在指定频段内的带内增益平坦度比较差,且时间反演技术对于衰减失真并没有补偿作用,因此最后接收到的聚焦波形失真非常严重。最后,设计了一个新颖的方向图可重构天线,基于该可重构天线构建了一种可以提高用户端选择性的时间反演系统方案,并通过实验验证了该方案的有效性。第四章研究了时间反演电磁波在金属丝阵列、开裂环结构等异性媒质中的传播。首先,分析了金属丝阵列内的场,然后,通过仿真验证了金属丝阵列能够将天线辐射近场中的倏逝波转化为传播波。接下来,通过实验验证了在天线阵元间加载开裂环结构能提高时间反演聚焦分辨率,并且分别从频域和时域的角度分析了开裂环结构提高分辨率的原因。最后,讨论了开裂环的引入对天线辐射性能的影响。第五章总结了本文的工作以及所得到的结论,介绍了下一步的工作,并对TR研究的发展方向进行展望。