人工表面等离激元是在微波或太赫兹波等较低频段内、在特定周期结构表面激励起的一种特殊的电磁波模式。该模式具有高束缚能力、短工作波长、低损耗、便于共形传输等特性,因而受到广泛关注。随着对人工表面等离激元研究的逐步深入,涌现出一系列基于人工表面等离激元设计的新型传输线及功能器件。本文对人工表面等离激元传输线的功能器件及其与传统电路相结合进行了研究,着重探讨在构建多层复杂人工表面等离激元集成电路过程中所需要的多层及跃层传输特性。主要内容和贡献概括如下:·提出了改进型人工表面等离激元传输线,有效降低了传输线总宽度,方便了实验操作。利用超材料单元谐振特性与单元尺寸直接相关的特性,设计了吸收式可调双波段人工表面等离激元滤波器。在7.65GHz与9.47GHz处实现了两个插损低于-15dB的滤波。在相应频段内回波损耗无明显改变,能量被谐振单元谐振吸收。同时利用超材料单元阻抗非均匀分布的频谱特性,构建了反射式宽带滤波器。在6.8GHz到8.1GHz频段内实现了插损低于-20dB的滤波。此时回波损耗显著提升,能量被反射回馈电端口。·提出了金属打孔技术与匹配过渡相结合的设计方法,实现了人工表面等离激元的跃层传输。通过金属打孔连接位于介质基板不同表面的单条带型人工表面等离激元传输线,实现了传输系数为-0.8dB、工作频段为2.67GHz到10.2GHz的高效宽带跃层传输。同时,利用附加重叠贴片在跃层传输频谱中实现了高效可调窄带滤波。该滤波效应的工作频段随重叠贴片尺寸变化而变化。对于双条带型人工表面等离激元传输线,在采用金属打孔方案的同时,增加了一段弧形渐变匹配过渡段。该设计实现了传输系数为-1dB、工作频段为2.26GHz到11.8GHz的高效宽带跃层传输。·提出了一种可用于多层多通道同时传输人工表面等离激元的新型双条带型传输线。该传输线可在较小的线宽尺寸下实现各层通道间高隔离度传输。与此同时,通过改变两层传输线的开槽金属条带开槽方向,可实现层间各传输通道从隔离态向耦合态的转换。进一步调整传输网络长度可在不同频段内实现层间通道功分效应以及高效跃层正向耦合传输。此外,利用隔离态下传输网络各通道间的独立性,探讨了该设计在多功能器件中的应用。利用不同尺寸的超材料谐振单元,分别在上、下层通道内实现了 8.4GHz和7.6GHz处的高效滤波。各滤波效应对另一通道内传输状态无明显影响。·提出了一种小型化人工表面等离激元传输线结构。在截止频率保证一致的前提下,传输线线宽减小70%。结合基片集成波导的高通特性和人工表面等离激元的低通特性,构建了适用于双端口双波段微带天线的去耦馈电网络。该去耦网络适用于大多数工作频段分布于截止频率两端的双波段网络。辐射单元的工作频段可以自由调控,而不用对去耦网络设计做重新调整。由于基片集成波导和人工表面等离激元在功分器等功能器件中的应用,该去耦网络可以集成于收发系统的射频前端电路中,便于改善系统集成度。该网络可以在宽带范围内实现20dB的隔离度提升,且对辐射单元工作频段、辐射效率、远场波束等特性无明显影响。·提出了基于人工表面等离激元互补传输线结构的漏波天线,实现了传输线上下两侧的频扫特性。同时提出了一种二级耦合式天线阵去耦方法。利用交指结构在电磁波激励下的近场分布特性,对开口谐振环结构进行二次激励,从而实现阵列天线单元间空间波去耦。对于双端口双极化贴片天线阵列,单元间同极化互耦被抑制在-30dB以下,交叉极化互耦被抑制在-40dB以下。