人工表面等离子体激元（Spoof Surface Plasmon Polaritons,SSPPs）是一种具有高强度场束缚性和非衍射极限的电磁波模式,它能够在深亚波长范围内沿有纹理的导电表面传播。伴随着科学技术的蓬勃发展,SSPPs在新一代光电集成技术、光电异常透射、生物探测、光子聚束效应、高精度成像、雷达检测以及生物医疗等领域发挥着越来越重要的作用。高集成度、小型化、高性能的SSPPs是当前国际微波和物理学界的研究热点。基于这一研究,本论文提出了一种基于共面波导的新型人工表面等离子体激元,并研究了其工作机理和设计了相关的系列器件。论文的主要章节及工作与贡献如下:第一章:提出了一种基于共面波导（CPW）的新型小型化高性能的SSPPs。通过在50欧姆的CPW上刻周期性的孔,不仅实现了高效的低通传输,还实现了可控的多通带特性。该结构将SSPPs的模式转化和模式传输功能集成于一体,显著地减小了传统SSPPs结构的尺寸,实现了小型化。所提出的SSPPs不需要传统的模式转化结构,具有高效的传输效率。通过设计单元结构尺寸,它可以实现多通带的特性。第二章:基于所提出的新型SSPPs,提出了一种新型SSPPs高效带通滤波器。通过将刻蚀了周期性孔的SSPPs、CPW耦合结构和分裂环形谐振器（Split Ring Resonators,SRRs）集成于一体,实现了高效带通性能。所提出的带通滤波器的低频和高频截止频率可以分别通过改变不同的参数来灵活控制。它具有插损低,结构简单,设计灵活等优点。第三章:基于所提出的新型SSPPs,提出了一种高效分裂SSPPs波的方法,由此分别设计了新型SSPPs功分器和频率分隔器,并利用所设计功分器设计了一款马赫曾德干涉仪。这些器件具有很高的传输效率,输出端口间具有良好的隔离度。它们结构紧凑、加工成本低。第四章:基于所提出的新型SSPPs,分别提出了新型波束扫描天线和混合集成天线。波束扫描天线通过在CPW上刻蚀孔阵列结构,实现了基于SSPPs的高次模传输和辐射。该天线的整体尺寸只有0.95λ0（λ0是最低工作频率的波长）。在11.7到50 GHz频率范围内,它具有129度的波束扫描角和12.38 d Bi的平均增益。混合集成天线具有全向天线和频率波束扫描天线性能,它将所提出的SSPPs同时作为全向天线的馈电结构和频率波束扫天线的辐射体。在低频工作频带（2.32 GHz到4.42 GHz）,该天线实现了全向辐射方向图,在高频工作频带（11.45GHz到25.5GHz）,该天线实现了75度的扫描角度。第五章:基于所提出的新型SSPPs和螺旋金属粒子,提出了一种产生局域化的多模态涡旋波的新方法。基于螺旋金属粒子和新型SSPPs的特性,通过设计对称的SSPPs的电场分布,可以实现涡旋波的印刷。利用周期性的金属粒子阵列,实现了拓扑电荷为+1、0和-1的多模态的等离子体涡旋。通过详细分析新型SSPPs的色散曲线、涡旋粒子的谐振特性、耦合特性和能量吸收特性,阐明涡旋波的产生机理。实验结果验证了提出结构和设计方法的正确性。