以异向介质为代表的人工电磁材料是近年来国际电磁学与物理学界研究的热点。由于异向介质中传播的电磁波表现出完全不同于普通介质中传播电磁波的奇特性质,科学家预见异向介质所具有的不同寻常的性质可望在信息、军事等领域获得重要应用。一维异向介质又被称为异向传输线。由于结构简单可靠、容易实现,异向传输线是异向介质最有可能被广泛应用的形式。现阶段对异向传输线的研究主要集中在基于平面电路(包括微带、带状线和共面波导等)的异向传输线,而对基于(金属)波导的异向传输线即异向波导的研究却较少。异向波导由于结构本身的特点,特别适合于大功率、低损耗要求的场合。异向波导的研究是一个十分有潜力的领域,其成果将有很大的实际应用价值。本学位论文对异向波导的实现、应用和电磁建模/仿真方法三个方面进行了研究。具体内容包括提出了两种异向波导的实现方法,两种基于异向波导的应用和两种针对异向波导的电磁建模/仿真方法。第三章根据异向介质的传输线模型,基于同轴波导提出了“同轴异向波导”。采用电路理论对提出的同轴异向波导进行了分析,得到了其单元传播常数、布洛克阻抗、等效介电常数、等效磁导率和等效折射率等相关参数的表达式。通过理论分析和电磁仿真,证明这种结构在一定条件下可表现出异向性质。第四章基于谐振槽耦合腔链提出了“谐振槽耦合腔链异向波导”。采用场论的方法对提出的结构进行了分析,得到了谐振槽耦合腔链异向波导单元的色散方程。通过理论分析和电磁仿真,证明这种结构在一定条件下可表现出异向性质。由于是一种全金属封闭结构,与以前提出的类似结构相比,这种新型的异向波导具有异向通带宽、功率容量大和损耗低等优点。第五章根据异向介质的超薄谐振腔理论,提出了“异向/右手波导亚波长谐振腔”。这种谐振腔基于同轴波导和异向波导,利用异向波导的相位补偿性质实现。这种新型谐振腔的总厚度可远小于工作在相同频率的传统同轴谐振腔,同时与以前提出的基于相同理论实现的异向介质谐振腔相比,其功率容量更大且损耗更低。通过电磁仿真和实验测试证明这种新型谐振腔是合理的。第六章根据实际异向波导的无限波长传播性质,提出了“基于异向波导的不等间距谐振波导缝隙阵”。这种谐振波导缝隙阵将具有无限波长传播性质的异向波导作为馈电结构,实现同相地激励异向波导壁上不等间距排列的多个天线阵元(缝隙)。由于可调整自由度的增加,这种全新谐振波导缝隙阵可获得比传统谐振波导缝隙阵更优异的方向图。第七章采用简化谐振槽耦合腔链异向波导结构,同时将阵元激励幅度也考虑到阵列综合中,设计出更接近于实际应用、性能更优的基于异向波导的不等间距谐振波导缝隙阵。通过综合、仿真和测试四种具有不同方向图的实验样品,证明提出的缝隙阵是合理的。第八章提出了两种异向波导单元建模及其对应异向波导结构仿真的方法,实现对异向波导结构的快速电磁仿真。第一种方法通过直接存储一定频率和结构参数下异向波导单元的所谓“压缩刚度矩阵”及其他相关矩阵实现对异向波导单元的建模,这种建模方法与其对应的仿真方法在这里称为“直接建模-电磁仿真法”。第二种方法在第一种方法基础上实现,通过利用神经网络学习异向波导单元界面上的空间电磁场耦合关系实现对异向波导单元的建模,这种建模方法与其对应的仿真方法在这里称为“神经网络建模-电磁仿真法”。通过提出的“网格变换”技术,两种方法得到的异向波导单元模型均可在不同网格下使用。两种方法各有优缺点,实际例子证明提出的两种方法在仿真异向波导结构的速度上均优于标准有限元法。