微波输能是以微波为功率传输载体,在空间范围内完成能量的无线输送。微波功率传输技术主要涉及三个环节,即发送端将直流能量转换为微波能量、收发两端之间的微波能量无线传送和接收端将微波能量捕获并转换为直流输出。该项技术被广泛应用于空间太阳能电站、临近空间飞行器等领域,业已成为国内外研究的重点。论文密切结合装备预研项目“微波输电MPT及其应用”关键技术之一“微波能量捕获”需求,以实现复杂环境下的高效微波能量捕获为出发点,对人工电磁媒质相关技术展开研究。本文主要研究内容和创新性成果可以概括如下:首先,为了研究人工电磁媒质对微波能量的捕获吸收机理,设计了两种能量吸收器结构。从三频带吸收器结构入手,对其表面电流及电磁场分布进行分析,揭示了多频带能量吸收的形成机制,即存在有多个谐振模式。特别地,利用该设计结构实现了高阶偶极子强谐振。在多频带吸收的基础上,通过在多谐振结构中加载集总电阻的方式,不仅使吸收带宽得到扩展,而且吸收性能也得到提升。对宽频带吸收器性能进行分析得出,集总电阻自身所引发的能量耗散在整个能量吸收过程中起不到关键性的作用。该研究为微波能量收集器的设计奠定了基础。其次,为了研究人工电磁媒质对微波能量的捕获收集机理,设计了两种能量收集器结构。以旋转对称拓扑结构为出发点,对其表面电流分布进行分析,再辅以单元结构内部的能量耗散分布状况,充分表明集总电阻在整个能量收集过程起到了至关重要的作用。该收集器结构可以实现对任意极化态入射波能量的高性能收集。相对线极化而言,圆极化更适用于运动物体间的微波能量传输。研究了针对圆极化波的选择性微波能量收集机理,实现了对右旋圆极化入射波的高效能量收集。该研究对于微波能量收集系统的小型化和集成化具有指导性意义。最后,传统天线被用于捕获微波能量,但其自身存在一定性能缺陷,为此选用人工电磁媒质对传统天线性能进行优化设计。研究了基于圆极化波的同极化反射和交叉极化传输机理,依据旋转相位梯度原理和广义斯涅耳定律,构建出相位梯度超表面,即可实现对反射波/透射波波束方向的灵活调控。将聚焦超表面与传统天线进行组装,天线系统的整体性能得到明显提升。该研究为改善传统微波器件的性能提供了新的思路。