在飞速发展的智能信息时代，迅速兴起的人工智能技术与第五代移动通信技术（5G技术）对基础微波器件、集成电路及各类信息系统（例如通信、雷达、成像等）提出了愈发严苛的要求。其突出的共性技术需求表现为：器件、电路与系统的小型化和可共型化；子系统间良好的信号完整性；高集成度信道间的干扰抑制能力。然而，对于传统的电磁场与微波技术而言，固有的空间导播模式、传播波长和模式互耦使得上述要求在以微带传输线（或其他常见基础传输线）为基本构型的传统器件、电路与系统中呈现出相互制约、彼此矛盾的关系，严重限制了系统性能的进一步提升。
　　为了解决这些矛盾，本文从基本物理概念入手，寻求一类具有深亚波长电磁调控能力的波导传输结构，即人工表面等离激元传输线，并深入研究与其相关的基础理论、功能器件设计及相应的电路与系统集成技术方案，为构建基于人工表面等离激元的大规模集成电路与复杂信息系统奠定相关的理论与技术基础。
　　为了系统性地阐述人工表面等离激元传输线的相关概念与综合技术，本文进行了如下创新性研究：
　　1. 人工表面等离激元的理论基础与分析方法。本文首先从人工表面等离激元的基本概念出发，详细阐述了人工表面等离激元的基本原理及其与传统慢波传输线之间的区别与联系。在此基础上，进一步提出了针对不同情形的两种结构色散曲线计算方法：一种是基于场路联合方式计算结构色散曲线的一般方法，适用于具有一定厚度的复杂人工表面等离激元结构；另一种是借助等效电路网络来提取人工表面等离激元色散曲线的方案，主要适用于超薄型结构。这两种方法的理论预测结果均与相关的仿真、实验具有高度一致性，从而初步建立了针对人工表面等离激元传输线的色散分析完整架构。
　　2. 人工表面等离激元特殊性能及无源器件。基于上述色散分析技术，首先构建了两种具有实际应用前景的人工表面等离激元传输线：具有低介质损耗特性的人工表面等离激元传输线；具有低串扰特性的人工表面等离激元传输线。上述传输结构与等宽的微带线之间的比较充分证明了人工表面等离激元传输线的优越性能。然后以奇模人工表面等离激元与空间波的宽角宽带转换器为例，详细阐述了人工表面等离激元在设计与综合无源器件方面的应用方法，进而证明了人工表面等离激元传输线的广阔应用前景。
　　3.人工表面等离激元有源器件及系统。重点研究了人工表面等离激元结构与有源芯片的集成技术，并以此为基础构建了首个人工表面等离激元放大器与倍频器，展现了人工表面等离激元的强场操纵能力及其与常用半导体技术高度兼容的特性。此外，开创性地将人工表面等离激元结构与数字编码相结合，首次提出数字化可编程人工表面等离激元的概念，并以此为基础成功实现了诸如人工表面等离激元可重构带通滤波器、可编程人工表面等离激元器件、以及人工表面等离激元数字调制器等典型功能器件，为将来微波系统的信息化、数字化提供了新的可能途径。最后，在前述有源与数字化人工表面等离激元技术的基础上，首次实现了基于人工表面等离激元的无线通信系统，该系统成功完成了亚衍射极限信号的非视距传输，验证了人工表面等离激元系统相比于传统微带系统具有更优异的通信性能。