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新型人工电磁材料因其独特的电磁特性，成为近几年来国际物理学界、材料学界和电磁学界的研究热点。新型人工电磁材料由周期排列的单元结构组成，这些单元结构在特定频率上具有电磁响应。通过设计单元结构，可以方便地控制材料的等效介电常数、磁导率和折射率等参数。新型人工电磁材料的出现为人们提供了自由支配材料电磁参数的能力，在它独特的电磁特性之下蕴含着广阔的应用前景。随着人们对新型人工电磁材料理论研究和应用开发的深入，它正逐渐成为人类控制和利用电磁波的有力工具之一。
本文的主要研究内容包括以下几个方面：
首先是新型人工电磁材料单元结构的设计。分析了电谐振结构和磁谐振结构的基本工作原理，从等效电路的角度研究了各种参数对谐振结构的影响。介绍了研究单元结构电磁特性的主要方法，包括软件仿真和参数提取。提出了小型化的电谐振器--弯曲线谐振器，它具有独立的电响应，通过增大结构的等效电感，可以有效地降低谐振频率。提出了一些各向同性的电磁谐振单元，它们具有中心对称的形状特点，能够在两个正交方向上保持电磁响应。软件仿真和等效参数提取的结果验证了它们的电磁特性。
其次，本文利用电、磁谐振结构实现了人工负折射率材料。分析了负折射率材料的基本特性，讨论了如何放置电谐振结构和磁谐振结构以尽量避免耦合，从而保证设计的准确性。利用弯曲线和开口环谐振器的组合实现了负折射率单元。提取的等效参数以及仿真得到的电场相位分布验证了负折射率的存在。
然后，应用人工零折射率材料设计了波前变换器。分析了零折射率材料的基本特性，提出了利用零折射率材料单元内零相移的特性可以设计任意波前变换器。采用互补开口环谐振器设计了由零相移单元组成的偏折透镜，仿真结果验证了电磁波偏折的产生。论文还特别讨论了在实际应用中必须解决阻抗匹配和频带过窄的问题。
最后，介绍了新型人工电磁材料测量系统的搭建。介绍了一维、二维和三维测量系统的原理和构架，讨论了新型人工电磁材料样品的制作方法，并对一些样品进行了测量。