无源辐射制冷是指将物体的热量以电磁波的方式通过大气窗口传递到低温宇宙中,实现被动降温。新型人工电磁材料具有自然界材料不具备的特殊电磁特性,被广泛应用于辐射制冷器件的设计中。目前对于无源辐射制冷研究依然存在许多问题,比如日间辐射制冷性能不理想、结构设计过于依赖经验,设计速度较慢、理论验证较匮乏、结构尺寸较难缩减等。本文主要针对上述问题,围绕新型人工电磁材料展开研究:1、针对目前无源辐射制冷器件材料局限于聚合物等问题,分别基于锥型分层超材料（conical metamaterial,CMM）结构和复合单元结构设计了两种多金属宽带辐射制冷器件。同时,借助等效媒质理论对CMM结构的仿真结果进行了验证。在此基础上设计改进型复合结构器件,降低结构设计复杂度,节约仿真计算时间。2、针对上述两个结构对单元间缝隙要求较高及金属比重过大会使太阳辐射强度过高的问题,将金属圆盘嵌入介质基底中设计了一种混合谐振模式超薄宽带辐射制冷器件,整体厚度仅为1.08μm,可将制冷功率密度提高到63.22 W/m~2。本文将传输线理论与遗传算法相结合优化层叠结构的设计参数,设计了一种复合介质层辐射制冷器件,大大提升了设计效率。3、针对大多现有的辐射制冷系统在建成后存在热辐射率固定的问题,本论文结合相变材料二氧化钒和太阳反射器,设计了一款可以根据环境温度自适应调控的辐射制冷器件。仿真结果表明,当白天温度升高至特定温度,该器件可有效实现辐射制冷;而夜晚,由于环境温度低于这一特定温度,该器件处于非工作状态。这种自适应辐射制冷系统能够有效地节约能源。本文主要基于超材料设计的理论基础,针对目前辐射制冷设计中的几个常见问题进行器件的设计与验证,并对模拟结构进行了热学性能方面的计算,证明了本文设计的结构具有辐射降温的功能。论文研究结果在建筑物节能、舒适衣物等方面有潜在应用价值。