未来无线通信系统面临高度集成化与智能化的发展趋势,对射频/微波器件及天线的性能要求也愈发严苛。具有智能调控、功能集成、性能多样的微波器件及天线有望成为未来无线通信系统的核心部件,在军事和民用通信领域发挥重要的应用价值。传统电磁材料及结构的潜力已经被充分挖掘,但仍旧无法满足越来越多智能射频终端的需求,亟需研究新型电磁材料和功能器件的理论体系和设计方法,为未来射频系统发展带来了新的机遇。石墨烯作为二维碳基材料,具有载流子迁移率高、透光性好、导热性高、机械柔韧性好、导电率动态可调等优异特性,被广泛应用于太赫兹调制器、完美吸波器、无线传感器以及新型太赫兹天线的设计。石墨烯不仅给高灵敏度电磁器件的设计提供了新的材料支撑,也给可重构微波器件的设计提供了新的选择。然而,由于石墨烯的材料制备工艺、阻抗调控方法和器件设计理论的不完善,它在微波领域的应用受到很大局限,许多优异特性尚未得到发挥,很多基础问题的研究还不够深入,从而限制了其在高性能微波器件与天线上的应用。本文旨在深入探究各类石墨烯基材料（单层石墨烯、石墨烯三明治、石墨烯纳米片、多层石墨烯等）的阻抗调控特性,根据不同材料的性能优势与阻抗特点,开展智能调控、功能集成、性能良好的新型微波器件与天线研究。本文的主要工作包括以下几个方面:1.系统分析了不同石墨烯材料的制备方法与阻抗特性,提炼出每种石墨烯材料的电磁建模仿真方法。通过不同石墨烯材料样品的测试与表征,对比分析了各自的制备工艺、阻抗特点和应用潜力,为本文后续的微波器件或天线设计工作奠定了坚实的材料基础。2.结合石墨烯三明治结构在微波频段的阻抗可调、电磁吸收特性与微带谐振器场聚集效应和易于加载的优势,提出基于石墨烯三明治结构加载单模微带谐振器的可调控滤波衰减器设计理论与方法。针对可调衰减器选择性差的问题,采用半模基片集成波导耦合结构削弱了石墨烯加载对谐振器品质因数的影响,实现了滤波衰减器的高选择性和动态可调。进一步通过零点耦合技术、阶梯阻抗技术以及变容二极管加载技术完成了对高选择性滤波衰减器的性能提升和功能优化。3.建立石墨烯三明治加载微带双模谐振器的传输线电路模型和谐振模式分析方法。根据传输线电路模型的奇偶模计算与三维电磁结构全波仿真结果,掌握了几种石墨烯加载微带双模谐振器的谐振特性和加载位置的影响机制。利用不同石墨烯加载双模谐振器的特点,提出并设计了四种多功能集成的可调滤波衰减器件,在凸显每种石墨烯加载双模谐振器谐振特性的同时进一步提升滤波衰减器的功能多样性。4.针对石墨烯在微波可重构天线的应用局限性,提出了石墨烯阻性加载传输网络的的功率分配与相位控制方法。利用石墨烯纳米片尺寸占比小和阻抗调控范围广等优势,设计了功分比可控的多路功分器及输出相位可调的移相器。以此为基础,设计了石墨烯基毫米波方向图可重构Vivaldi天线和频率可重构Loop天线,分别实现了双向波束重构和频率重构天线效率提升5.发展了多层石墨烯薄膜的高电导率制备工艺和表征方法,设计并加工了基于高导电率多层石墨烯的终端微带天线和毫米波多波束阵列天线。提出了多层石墨烯阵列天线的融合制备与电磁表征方法,结合金属基片集成波导巴特勒矩阵多端口馈电结构进行多波束天线设计与一体化加工测试。测试结果表明,高导电率石墨烯多波束阵列天线具有阻抗带宽宽、轻质及低副瓣等优点。