人工微波媒质的物理本质是通过周期排列的亚波长谐振单元,利用其谐振特性将自然媒质中的描述原子和电子极化的Drude-Lorentz色散模型从紫外(1 PHz)及以上频段移至光、微波等较低频段,从而获得可以任意控制的等效介电常数和磁导率,实现奇异的电磁特性。当前人工媒质的应用主要面临着三个方面的挑战,一是现有的组成人工媒质的亚波长谐振单元其物理尺寸与对应的自由空间的波长的比例仅为六分之一到十分之一,相对于传统的自然媒质来说,其均匀度是远远不够的。要保持人工媒质的奇异特性不变,其最终的物理尺寸是非常大的,在有些场合明显不适用;二是,人工媒质的奇异特性均来源于电磁谐振产生的强色散特性,根据Kramers-Kronig关系,强的色散对应的频率范围很窄,也就是说传统的人工媒质一般是工作在窄带范围内,因此在宽频的应用场合,需要对色散进行补偿;三是人工媒质的强色散必然伴随着较大的损耗,这意味着接受的大部分能量会在传输中被消耗掉。因此在实际的应用中,需要减小由于人工媒质的损耗所带来的能量损失,一般可以在设计中引入有源器件,通过直流功率的注入,在保持奇异特性的同时,减小损耗,或者通过降低介质基板的损耗来达到减小损耗的目的。为解决人工媒质均匀度不够的问题,本论文创新性地提出了一种利用单层平面工艺的基于半波长传输线谐振器的深亚波长电磁谐振单元的构造方法,并通过3 mil最小线宽的PCB工艺,提出了一种工作在1 GHz左右的具有负折射特性的负折射率媒质的匀质化设计方法并制成实物。基于等效媒质理论和矩形波导反算法,通过测量样品的散射参数得到其等效介电常数和磁导率,实验结果与仿真结果吻合度一致,均匀度从传统的六分之一以内提升到六十分之一。进一步仿真表明,基于微米级的半导体工艺,均匀度可以提升到三百分之一甚至千分之一。为补偿人工媒质固有的强色散来构造宽带的人工媒质,本文提出了一种基于Linwill开路稳定结构的集成负阻抗(NIC)变换电路。基于Global Foundry 180 nm的工艺库,对电路的Non-Foster特性以及电源稳定性进行了仿真和分析。仿真结果表明,该电路可以在较宽的频段内,实现具有不同电感量的负电感元件。