人工电磁材料是一种人工设计的周期性排列的人造介质,因其具备自然界中材料所不具备的奇异特性而得到研究人员的关注。人工电磁材料的研究工作涉及到多个领域,从电磁学、固体物理、电子学到半导体技术等领域都有电磁材料的身影。非线性人工电磁材料是人工电磁材料的重要组成部分,若要实现人工电磁材料特性的可控性,就必须对人工电磁材料的非线性特性进行系统分析。本论文首先研究了功率对谐振频率的调制这一非线性效应,接着探讨了双谐振模式下增强二次谐波,最后讨论了基于后向波特性增强二次谐波的问题。本论文逐渐深入地探究了人工电磁材料的非线性效应,具体包含以下三部分内容:(1)将常用的电谐振(ELC)结构用作基本的谐振单元,通过调整结构的尺寸使其工作在S波段。结合二极管的模型文件,利用CST仿真软件仿真验证,结果表明功率对本文设计的器件具有调制作用。将表贴变容二极管元件焊接到谐振单元的开口处,使其与ELC结构单元组成一个整体,进行实验验证。实验结果表明,随着入射电磁波功率的增大,本人工电磁材料结构的谐振频率呈现蓝移。(2)设计一种双谐振电磁材料结构,其二次谐波频率和基波频率同时满足谐振条件。仿真结果表明双谐振模式能够有效的提高本人工电磁材料结构产生二次谐波的效率,在入射电磁波功率为0dBm时,双谐振模式下得到的反射二次谐波的能量比单谐振模式下得到的反射二次谐波的能量大3dB。(3)讨论了利用后向波特性控制二次谐波的辐射方向,选取人工电磁材料领域常用到的金属线和开口环两种结构,结合变容二极管的模型文件,在人工电磁材料的左手频域内选择了一个频率点使基波和二次谐波的波矢量刚好满足相位匹配的条件。四层结构与单层结构出现明显的不同。仿真结果表明,功率在-20dBm到20dBm区间内反射的二次谐波功率均大于透射的二次谐波功率,这表明了我们设计的结构的合理性以及证明了利用相位匹配的方法提高实现二次谐波的功率,即反射增强。