负折射率媒质的等效介电常数与等效磁导率同时为负,具有非常奇异的电磁特性,在军事和民用领域有着广泛的应用前景。因此,探索和发展负折射率媒质的人工合成方法具有重要的科学意义和实用价值。本学位论文基于国家自然科学基金项目“可控调谐型负折射率微波材料的合成方法及特性研究”的研究目标,对基于绝缘型亚铁磁材料人工合成出具有可调谐特性的负折射率微波媒质的设计方法进行了深入研究,论文主要研究工作及取得的创新性成果如下:一.利用有效媒质理论设计出一种C波段负等效折射率的复合媒质,数值计算并分析了该复合媒质的等效介电常数与等效磁导率的频率响应特性。计算结果表明,在磁导率为负的绝缘型亚铁磁材料-YIG内均匀嵌入等效介电常数为负的金属导体线阵列结构,所构成的复合媒质的等效介电常数在5.269-7.332 GHz频段内为负,等效磁导率在5.587-6.149 GHz频段内为负,从而在频段相互重叠的C波段内,其等效折射率为负,验证了分析方法的有效性。二.利用基于三维时域有限积分法的电磁场仿真程序模拟了设计的复合媒质的电磁特性。仿真结果表明,在导体线周期阵列结构的等效介电常数为负的7.02-9.80 GHz频段与基体YIG等效磁导率为负的5.22-8.14 GHz频段相重叠的7.51-8.13 GHz频段内,入射电磁波能够通过复合媒质,并在复合媒质与常规正折射率媒质的交界面处发生了负折射现象,证实了复合媒质在该带宽内等效折射率为负,验证了新型负折射率微波媒质设计方法的可行性。三.设计并加工出基于合金钢的直流磁场发生器和基于软磁铁氧体的交流磁场发生器,并对两种磁场发生器的磁场分布特性进行了测量和实验研究。直流磁场发生器在电流为3.56安培时,气隙中央平面92 mm×92 mm区域内的磁感应强度为2480-2510高斯,最大波动为30高斯;交流磁场发生器在电流为5.99安培时,气隙中央平面96 mm×96 mm区域内的磁感应强度为2570-2600高斯,波动在30高斯以内。实验测量结果与数值仿真结果基本一致,达到设计要求。四.设计并加工出测量复合媒质中电磁波传输/折射特性的实验装置,利用该装置实测了由金属导体线阵列和双开口谐振环阵列合成的负折射率媒质的电磁波传输特性,实验测量结果与数值仿真结果基本吻合,验证了设计的实验装置的可靠性,为下一步进行基于亚铁磁材料的负折射率媒质的实验测量提供了基础。