超构材料以其超越天然材料的新奇特性,已然成为现代科学的研究热点之一,被广泛应用于工业、军事、生活等各个领域,具有广阔研究前景。特别是电磁超构材料,对微电子通讯、光/物质相互作用、人工磁性以及新能源利用等技术产生了深远影响。本文将针对基于超构平面的人工磁性材料展开研究。在前人的研究中,人工磁性超构表面大多使用金属材料,利用等离子体集体震荡原理来构建,这将不可避免的增加介质损耗,阻碍人工磁性结构向高频区域拓展。同时,也有一些学者提出利用全介质结构来优化性能,但是,都是利用结构中的Mie型谐振,尽管工作频率被大大提高,但是其品质因数及进场耦合效应将会大大降低。为了解决这一系列问题,本文提出使用全介质超构表面中的俘获模式激发来构建人工磁性结构。首先,从米氏散射理论和电磁多极展开理论入手。应用这两个理论对球形散射粒子进行仿真计算,将球形散射粒子的散射截面写成多极子贡献的形式。通过两个理论的比较,充分证明该电磁多极展开理论的正确性。为接下来非球形粒子的电磁多极展开研究奠定理论和技术基础。其次,对组成超构平面的单一孤立粒子进行研究。超构平面的电磁特性很大程度上取决于其结构单元,而结构单元又由孤立粒子组成。应用电磁多极展开理论以及群理论对该孤立粒子展开研究,分析其产生俘获模式的原因和特点。为接下来超构平面的研究奠定结构基础。本文首次提出利用电磁多极展开理论对俘获模式激发做出解释,为接下来人工磁性的发现奠定基础。紧接着,设计了一种由四粒子簇构成的结构单元,结构单元中的四个粒子取向不同。根据不同取向,对应不同的点群特征,提出了一系列超构平面阵列。在这些阵列中都发现了俘获模式激发,并应用群理论对其电磁响应展开了描述、解释和预测。除此之外,这些俘获模式频率下都发现了人工磁响应。由全介质粒子组成的超构平面,通常利用米氏理论或者电磁多极展开理论来说明和解释,而本文首次提出利用群理论对俘获模式进行描述,这大大提高了理论分析效率。最后,提出了一种兼具铁磁性和反铁磁性的全介质超构平面。在不同谐振频率下,一种结构可以同时激发出两个俘获模式,并且在两个电磁响应下分别展现出反铁磁性和铁磁性。实现了人工磁性结构的低损耗、强近场耦合以及有望将其向高频率扩展。另外,还发现了该结构潜在的极化转换性能,即旋光性。综上所述,本文从俘获模式激发入手,通过电磁多极展开理论进行初步解释,然后利用群理论对四粒子簇超构平面的俘获模式激发做出系统描述。最终提出了一种兼具铁磁性和反铁磁性的全介质超构平面。本文除了数值仿真之外,还充分利用实验手段对仿真结果进行了验证。