电磁超材料奇异的电磁特性,例如双负、高阻抗表面和完美吸收电磁波等,主要是通过新型的结构、大小以及周期排列方式实现的。电磁超材料不仅仅是一种新型结构的材料,更是一种对传统材料设计思维的极大转变,在实现隐身斗篷、完美透镜、等离子体传感器、辐射热仪、完美的光吸收和光探测器等多个领域均有很多应用。本文从等离子共振理论和等效电路理论出发,分析了石墨烯加载电磁吸波器和左手材料的工作原理。其中,在利用新型碳材料石墨烯进行电磁吸波器的设计过程中,分析了石墨烯电导率的Kubo模型和Drude模型。首先,在太赫兹吸波器设计方面,由于需要考虑极化敏感性,故而设计中遵循C4旋转对称原则。以石墨烯作为吸波器的吸收图案层,先设计了在1.24THz频点可调谐极化不敏感的四臂旋转对称太赫兹吸波器;再利用分形的理论,设计了一款工作在0.5THz和1.5THz频点的窄带双频极化不敏感四臂旋转对称结构的石墨烯吸波器;最后利用双层频点可调谐拓展带宽的方法,设计了一款0.56THz到1.37THz的双层铜币型渔网结构的超宽带石墨烯吸波器。通过频谱分析的方法展示了各个吸波器的极化敏感性、宽入射角和随石墨烯电化学的调谐特性等。其次,在微波器件设计方面,先从对称结构的设计思路出发,设计了一款工作在2-8GHz之间的镂空式领结状对称左手结构,领结型结构的设计增加了回路上的电感,使得左手单元的尺寸大大缩小,并对弧形半径r和平行板间隙g进行参数扫描。由于均匀结构具有可调的参数有限,产生负的折射率低和左手频段单一等局限性,于是从非对称结构出发,设计了一款不对称双频段左手特性的高阶音符形左手材料,并扫描了金属棒的长度A0和开口缝隙g,最后利用棱镜实验验证了不对称高阶音符形左手材料的负折射率特性。在天线应用方面,为了满足S波段通信需要,将所设计的镂空式领结状对称左手结构加载到单极子宽带天线,改变天线的辐射特性,增加阻抗带宽和阻抗匹配。针对领结状结构中的双叉臂连接方式进行了由弧形至电感和电容型交指状的演变,对比分析了三种不同连接方式对单极子宽带天线回波损耗的影响。