人工电磁材料是指具有自然界物质不具备的特殊电磁特性的人工复合结构,一般是由亚波长尺寸的单元结构经过有序或者随机排列组合而成。近年来,由于人工电磁材料表现出的各种奇异物理特性使其成为了电磁学甚至是光学领域的研究热点。尤其是由人工电磁材料理论发展而来的变换光学,在极化转换、波束变换等电磁波调控方面大放异彩,有着非常广阔的应用前景。随着研究的深入,变换光学的一些局限性逐渐凸显,于是作为变换光学延伸与补充的场变换方法被提出来,并受到了科研人员的重视。本文利用场变换的方法设计了工作在微波段的电磁波调控器件,对自由空间中线极化波实现了极化转换与矢量波束转换的功能。其原理是通过场变换的方法对介电常数矩阵非对角线元素进行设计,改变电磁波电场分量与磁场分量的耦合系数从而达到改变电磁波极化方向的效果。本文通过仿真分析,并使用3D打印机制备样品进行实验测试验证了原理的可行性。本文的主要内容如下:1、基于场变换方法,以等效介质理论为手段,设计了一种工作在毫米波波段的宽带转极化半波片。由于半波片由纯介质构成,工作在0阶模式,仿真结果显示在22GHz-36GHz的频段内都能够实现-3dB的极化转换。波片设计的本征参数对入射角没有限制,实现了宽入射角极化转换,在仿真软件中入射角为60°时,在21.8GHz到32GHz内依然能够达到-3dB的转化效率。用点聚焦透镜天线对波片性能进行了实验测试验证,实验测试结果与仿真结果比较吻合,验证了利用场变换方法调控电磁波的可行性。2、基于场变换方法设计半波片的基础,设计了一种主要工作在X波段的矢量波束转换器,将自由空间中不同极化方向的线极化波转化为对应的矢量波束。矢量波束转换器由8块区域构成,通过设计8块区域的波片,使每块区域能将出射电磁场极化方向调控至不同方向,实现了在10GHz-12GHz的频带中将线极化波转换为矢量波束的效果。