超材料由于其独特的电磁性质,在吸波材料、天线技术、微波和毫米波器件等领域有着广泛的应用前景。与常规材料相比,超材料的电磁响应特性主要由构成其的单元微结构决定,其具体的几何形状、尺寸、排列方式、嵌入物等均可根据需要灵活调整。使用超材料调控电磁波的传输具有极大的自由度而且结构紧凑便于集成。近年来利用超材料实现对电磁波的调控领域方兴未艾,其间涌现出了许多针对各类应用的电磁波调控功能器件,该领域的蓬勃发展为经典电磁理论开辟了崭新的研究空间。本文即在此背景下展开研究。本文从人工亚波长单元结构对电磁波调控的应用出发,设计了一款e型结构的手性圆极化转换器,一款线极化电磁波非对称性传输器件。论文的具体内容如下:1基于手性超材料结构的特性,设计了一款基于e型结构的手性圆极化转换器。该结构是由上下两层互呈对应异构体的e型金属环加上支撑的介质基板组成,尺寸紧凑(λ/5.15×λ/5.15×λ/32.19)。该结构可以实现将入射的y方向线极化电磁波在11.65 GHz和13.02 GHz处分别转换为左旋圆极化波和右旋圆极化波且对应的极化消光比可以达到30 dB。在12.57 GHz处对应的旋光角θ为-39.67°,旋光度可达o1183/λ。通过反演算法计算了结构的介电常数ε、磁导率μ、负折射率n和手性参数κ,结果表明该结构具有很强的手性特征。而且为了探究造成其强光学活性的原因,分析了该结构表面的电流分布情况。最后讨论了改变相关几何参数对传输谱线的影响。2基于Fabry-Pérot原理设计了一种三层超表面单元结构的非对称性传输器件。分别从理论和实验上验证了该结构能够在10 GHz到30 GHz频带范围内实现电磁波的非对称性传输,通带内曲线平坦传输系数均大于0.7,带外曲线截止明显。而且对结构几何尺寸进行了优化,无论是沿波传输方向,还是横截面各个方向结构都非常紧凑(λ/4.13×λ/4.13×λ/9.4)。先后研究了单层B型结构、双层BC结构、三层ABC结构情形下,不同极化方向的电磁波入射到三类结构上时的传输情况。从Fabry-Pérot角度出发建立了电磁波在结构当中多次反射传输的理论模型,并给出了基于CST仿真的数值计算结果,解释了本文宽带线极化电磁波非对称性传输器件扩展带宽、增强传输效率背后的工作机理。通过对以上两种超材料电磁波调控功能器件的研究分析,表明超材料作为一种新兴电磁技术有着巨大的应用潜力。