电磁超材料(Electromagnetic Metamaterial)是一种人工复合材料,具有很多超常物理特性,例如负折射率、负介电常数和负磁导率、逆向多普勒效应等。自超材料概念被提出以来,国内外科研工作人员一直将其作为重要研究方向,电磁超材料吸波器和电磁超材料极化转换器作为其中一个分支已经成为近几年来的研究热点。本文将电磁超材料理论与吸波器理论和极化转换机理相结合,设计了一款超宽带电磁超材料吸波器、一款超宽带反射型电磁超材料极化转换器和一款宽带电磁超材料线-圆极化转换器。本文的第一部分主要内容是超宽带电磁超材料吸波器。这一部分设计了一款加载集总电阻的超宽带电磁超材料吸波器,该吸波器的单元结构由两层FR4介质基板分隔由五个金属柱连接的三层金属层构成,集总电阻加载在顶层金属层上。该吸波器的工作带宽范围是5.55-12.98GHz,包括C波段并且全覆盖了X波段,在工作频带内可以达到90%以上的吸收效率,并且是极化不敏感的,可以大角度入射的。对于理想吸波器来说,其吸收率曲线应该是一个矩形,而本部分设计的吸波器的吸收曲线选择性很好,有很好的矩形系数。本文第二部分主要内容是关于极化转换引起的吸波假象研究。吸波假象是在本人研究超材料吸波器的过程中发现的,将吸波器结构的对称性改变可以增加谐振频点,误以为这是一种可以拓宽吸波器带宽的方法,但是通过后续研究发现,改变后的结构并不是吸收了电磁波,而是改变了电磁波的极化方式,造成吸波假象的根本原因是发生了极化转换。本文第三部分主要内容是超宽带反射型电磁超材料极化转换器。该极化转换器的单元结构由两个交叠的金属环加两个金属短线构成,整个结构图形关于正方形的对角线对称,介质基板采用介电常数为2.2的F4B。该极化转换器在8.6-20.6GHz内可以达到90%以上的极化转换率,其相对带宽为82.2%,比较其他极化转换器设计本文设计的极化转换器带宽更宽。将所设计的反射型超宽带电磁超材料极化转换器进行了加工实测,得到的实测结果和仿真结果基本吻合。本文第四部分主要内容是电磁超材料线-圆极化转换器。首先设计了一款窄带线-圆极化转换器,其1dB轴比相对带宽为14.8%,在频带16.1-18.7GHz内可以高效实现线极化转换为圆极化。随后在其基础上设计研究了一款宽带线-圆极化转换器,通过开缝的方法有效拓宽了带宽,并且可以大角度入射。最后研究了其极化转换机理,通过分析得知可以调节相关参数使得反射波的电场分量的相位差满足圆极化波条件,从而实现线-圆极化转换。