变换电磁学是近几年来电磁领域的研究热点,其基本理论是基于麦克斯韦方程组在不同坐标空间下形式不变性的坐标变换法理论。利用坐标变换法,能够在一定程度上人为调控电磁波的传播路径,结合超材料技术,可以设计出多种具有奇特功能的新颖电磁器件。最早的应用是电磁隐身斗篷,而后具有其他功能不同类型的变换电磁学器件也得到开发并被应用于天线与散射等领域。坐标变换法作为一种新的研究手段,在光学、声学、电磁学以及等离子体领域均展现出极大的应用潜力。在上述研究背景下,本文对基于超材料的变换电磁学器件的研究工作,主要可以分为以下五个方面：1.分析了多种具有代表意义的隐身器件。仿真验证了几种边界形状较为任意的二维隐身斗篷；对分层式隐身斗篷进行了验证,并对所设计的多层结构斗篷做了详细的介质损耗分析；讨论了几种针对隐身斗篷的新型反隐身探测方法。2.对电磁隐身斗篷的奇异性问题进行了分析并给出四类处理方案。主要包括：参数简化法、渐变维度扩展法、非欧空间变换法和半空间压缩法。主要分析了前两种方案,得出最佳的参数简化模型并对渐变维度扩展法中的两种方案的可行性和有效性进行了具体的仿真验证与定量的参数分析。总结并补充了对电磁隐身斗篷的奇异性问题的解决方法。3.研究了变换电磁学中的散射缩小与散射旋转现象。对折线型坐标变换系列器件做了归纳总结。基于电磁波扩展器模型,对该器件参数极值及其归一化分布范围的变化情况进行了详细分析,并研究了超材料层损耗对器件的影响。基于参数分析和对介质损耗条件的研究工作,对基于超材料的扩展器的可实现性进行了分析并为实际制备工作提供了一些建议指导。通过对二维内置隐身飞机模型的仿真及其散射截面的计算进一步研究了该器件的散射缩小功能及应用。提出了一系列参数简化的电磁波扩展器模型,并对最优的简化参数扩展器模型进行了全面的研究。对电磁波旋转器的散射性能进行了仿真验证、定量计算和介质损耗分析,对旋转器参数极值及分布范围随器件偏转角度的变化情况进行了详细分析,提出了两种复合器件模型。4.对变换电磁学中的散射放大现象进行了研究。基于电磁波集中器和折叠变换媒质模型,从内置隐身飞机模型的散射截面角度对这两类器件的散射放大功能及其在军事方面的应用进行了仿真验证与定量计算。对参数极值及其归一化分布范围进行了详细的分析,其中对折叠变换媒质的参数分析得到了其最优化设计的结论。而后就介质损耗对器件造成的影响进行了详细的分析,参数分析与损耗影响的研究会给实际制备工作带来指导。最后提出了新型的参数简化式电磁波集中器模型和参数简化式折叠变换媒质模型,并对此做了全面的对比研究。5.研究了坐标变换法在天线形状和尺寸改进中的应用。验证了三种不同焦距的平面结构抛物型反射器的散射性能,进一步分析了所需矩形超材料各方向参数张量的极值及其归一化分布范围随抛物型反射器焦距口径比之间的变化关系,以类似方法也研究了平面结构双曲型反射器。以具有散射放大功能的变换电磁学器件为基础,进一步研究了这些器件在缩小天线尺寸或增强天线方向性方面的应用,并进行了贴近实际情况的介质损耗分析。