备受关注的5G蜂窝移动通信技术即将开始普及化,它集成了目前通信领域的最新技术,如Massive MIMO,移动边缘计算,非正交多址以及波束赋形等等。然而随着研发的深入,传统通信器件愈发难以满足这些技术的需求。而电磁超结构所制作的新型通信器件已经可以实现波束调谐的功能。一些学者将电磁超结构的电磁响应特性数字化并以信息科学的角度重新诠释,提出可编码电磁超结构和可编程电磁超结构,其能够灵活调谐入射电磁波的响应特性,进而实现波束赋形的功能。然而现有的可编码电磁超结构依旧存在着不易共形,调谐方法单一,无法实时编程等问题,严重限制了其在新一代移动通信器件与系统中的广泛应用。本文将深入研究工作在微波波段的可编码电磁超结构的关键技术,结构设计和仿真方法,探索了一种新型可编码电磁超结构的工作机制和拓展为可编程电磁超结构的方案,分析了这种单元结构在不同数字态和不同编码下的电磁响应特性,最终得到温控可编码的电磁超结构。本论文主要的研究工作及创新贡献如下:1.基于有效媒质理论,给出了几种电磁超结构常用结构单元的等效电路分析方法,推导出了等效电容、等效电感等相关参数的计算方法,研究了可编码电磁超结构的基础理论和设计原则,并通过可编码电磁超结构的信息熵理论分析了其工作机制,最后总结了可编程电磁超结构的实现方法。2.针对可编码电磁超结构可调谐技术,探讨了其在液相环境中的调谐自由度,通过改进开口谐振环,得到了一种能够在电磁波照射下发生稳定机械位移的单元结构,并通过理论计算和数值仿真推导和验证了单元结构的互相作用机制和谐振频率动态变化过程,介绍了几种液相环境的特性,搭建了相应的实验平台并测试了单元在不同环境中下的受力、位移等情况,实验测试结果显示,当液相环境的运动粘度和相对介电常数分别为100 Cst和2.7时,在磁场强度为0.1028 A/m的电磁波照射下,其谐振频率偏移近300 MHz,这与仿真结果显示出了良好的一致性,得到了液相环境中电磁超结构受电磁波影响的规律,拓宽了可编码电磁超结构的调谐维度,实现了功率可调的电磁超结构调谐技术。3.围绕着可重构电磁超结构设计方法,提出了一种温控可重构的汞基电磁超结构单元结构,并通过数值仿真软件建立了相应的数学模型,验证了温控可重构的原理,介绍了用于加工单元结构模具的3D打印技术和几种液体金属的特性,并实验测试了该结构在恒温控制下的温控可重构性能的表现,结果显示线性灵敏度达到了12 MHz/°C,等效为每Hz的频率变化能检测出来的温度变化约为8.33×10^-8°C,最后针对该结构中的热噪声现象,基于实验测试的结果进行分析,实现了温度可调的电磁超结构调谐技术。4.在前文的研究基础上,提出一种温控可重构的可编码电磁超结构单元结构,并通过软件仿真给出具体的电磁特性变化,并根据物理态定义了对应的数字态,研究了不同排列方式下的可编码电磁超结构性能的变化规律,最后在该可编码电磁超结构单元结构的基础上提出了一种可编程实现方案。本文所提出的功率可调,温度可调的电磁超结构调谐技术提升了电磁超结构的调谐自由度,由以上技术实现的新型可编码电磁超结构,其电磁响应特性可被灵活调谐,具有多功能性,能被拓展为可编程电磁超结构。基于这些特性,其可在此基础上发展出波束分离,波束偏折和极化转换等等的电磁波功能器件。