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异向介质(metamaterials)指介电常数ε和磁导率μ中的一个或者全部为负值的人工合成材料，本论文深入研究了异向介质的一些特异的电磁特性及微波电路应用。论文研究了色散左手材料中的多普勒频移和单轴异向介质中的Cerenkov辐射特性，利用色散的时域有限差分(FDTD)方法进行了数值仿真。研究结果显示：异向介质左手材料的强色散特性可同时影响多普勒频移的方向、大小以及反射信号的带宽；在单轴异向介质中出现钝角的Cerenkov辐射现象。论文研究了互补开口谐振环(CSRR)结构的特性及应用。CSRR通过在接地平面上刻蚀出开口谐振环(SRR)形状的缝隙实现，在其谐振频率附近表现出负的等效介电常数。论文给出了两种不同结构的CSRR微带线单元的等效电路模型以及电路模型中各元件参数的提取公式。基于等效电路模型将CSRR结构应用到低通、带阻和高通滤波器的设计，提出了一种基于CSRR结构的新型耦合微带定向耦合器的分析设计方法。数值仿真和实验测量的结果表明这种基于CSRR的新型微带耦合器能在较宽的频带范围内实现紧耦合。论文研究了新型缺陷地结构(DGS)结构在微带滤波器和耦合微带定向耦合器中的应用。传统开口环结构的带通滤波器很难满足宽频带的要求，开口环结构的DGS谐振器可以有效提高谐振器间的耦合系数，从而可用于设计宽带带通滤波器。本文提出了利用DGS技术改进传统的耦合微带定向耦合器的耦合度和带宽的方法。THz频段异向介质的研究还处于探索阶段。本论文研究了异向介质结构的频率选择表面(FSS)在THz频段的滤波特性，利用周期边界条件的FDTD方法对几种异向介质结构的FSS的频率特性进行了数值仿真。