太赫兹(Terahertz,THz)波为频率在0.1～10 THz之间的电磁波,太赫兹技术已成为全球科学研究的热点。太赫兹四分之一波片是一种极化转换器件,其可在太赫兹波段实现线极化波与圆极化波的相互转换。超材料是一种亚波长周期人工复合结构,具有天然材料所不具备的超常物理特性,可实现类电磁诱导透明(Electromagnetic Induced Transparency,EIT)、慢光效应和电磁吸收等特殊功能,在医药卫生、航空航天和国防军事等领域具有重要发展潜力。本论文对基于超材料的太赫兹四分之一波片进行研究、设计与分析,具有重要的理论研究价值和实用意义。论文首先阐述了太赫兹四分之一波片的研究背景和国内外研究现状,分析讨论了现有太赫兹四分之一波片存在的问题。其次,利用等效介质理论、等效电路理论和对称性分析理论研究超材料的电磁特性,利用电磁波极化理论分析了四分之一波片工作原理,提出了基于超材料结构的透射式太赫兹四分之一波片的设计方法。然后,根据前面的设计方法设计了基于单开环谐振器的太赫兹四分之一波片,其相对工作带宽(轴比小于3d B,极化转换效率大于50%)为16.8%;然后在单开环谐振器结构的基础上提出了三款改进型太赫兹四分之一波片,包括双开环谐振器结构、“开环谐振器-曲折线”结构和“开环谐振器-十字形”结构,其相对工作带宽分别为28.6%、42.4%和28.0%,其带内最大(小)极化转换效率分别为88.7%(64.2%)、82.8%(50.0%)和86.6%(50.0%),并讨论了超材料结构的主要几何参数变化对器件性能的影响。最后,对两款模拟仿真性能较好的太赫兹四分之一波片进行了加工与测试,然后将样品测试结果与仿真设计结果进行了对比,分析其误差原因。本论文设计的太赫兹四分之一波片具有轴比带宽大、极化转换效率高等优点,在太赫兹通信、太赫兹传感等领域具有重要的潜在应用价值。