超材料作为近十几年来新兴起的一种人工合成材料,与自然传统材料相比有着特殊的电磁性质。手性超材料是一类几何单元结构经过平移或旋转不能与其镜像相重合的超材料,基于此特殊结构性质,手性超材料因此具有负折射率、旋光性、非对称传输性等特殊性质,在光学和电磁领域均有广泛应用。本文从平面手性材料结构的设计入手,在传统二维平面手性结构设计的基础上,重点研究了基于多层堆叠和金属过孔互联两种手性材料的设计方法及其手征特性,主要的研究内容与创新如下:首先,研究了手性超材料的结构特征、传播方程和负折射率特性,以及手性材料二向色性分析及吸波机理。然后,重点研究了工作在X波段基于非对称开口环的平面手性结构材料的多层堆叠设计方法。从单层非对称SRR平面手性结构设计着手,研究了其圆二向色性和圆转换二向色性,仿真结果表明所设计结构在10.6GHz具有明显圆转换二向色性,并考虑了加载底部金属板的单层非对称SRR手性结构的吸波和极化转换应用。在此基础上,研究了不同空间分布的双层非对称SRR手性材料设计方法,设计了四款双层手性结构,仿真结果表明在其他参数不变的情况下,所设计的双层手性结构分别具有明显的圆偏振特性;在分析总结不同双层非对称SRR结构规律的基础上,提出了多层堆叠平面手性结构设计方法,设计了两款工作在微波波段的多层堆叠非对称开口环手性结构,仿真结果表明手性结构多层堆叠设计方法对于电磁耦合有着明显的增强作用。接着,重点研究了基于金属过孔互联的平面化手性结构的设计方法。设计了单开口环双层互联结构和非对称开口环双层互联结构,仿真结果表明在圆极化波入射下两种结构均具有圆二向色性,并通过与对应的双层无过孔结构比较,验证了金属过孔在增强电磁耦合方面的作用。另外在单开口环双层互联结构的基础上设计了相反旋向的单开口互联结构和阿基米德螺旋互联结构,仿真结果表明相反旋向可实现左右旋圆极化波的选择透射分量互换,阿基米德螺旋互联结构可有效增加电磁耦合谐振点。最后,制备了非对称开口环双层互联手性结构材料设计实验样品,通过实验验证了所设计的手性材料具有圆二向色性。