随着无线通信技术的不断发展,无线通信系统的功能与种类日益增加,所搭载的模块越来越多,导致不同模块甚至不同的系统之间的电磁耦合干扰越来越严重。与此同时,外界的雷达、电磁脉冲弹、高能微波武器等人为电磁干扰源也越来越多,对无线通信设备的通信质量和生存安全威胁日益严重。在上述背景下,可重构频率选择表面和可重构吸波体需求越来越强烈。近些年来,液晶材料由于具有工作频率广、损耗小、成本低和连续调谐等特点,被科研工作者从光学领域引入到了微波领域,基于液晶材料的可重构频率选择表面与吸波体也因此得到人们的关注。本文以现有液晶频率选择表面和吸波体存在的带宽窄、调谐率小以及滤波性能差等问题为切入点,通过分析其工作机理以及探索新的谐振与耦合结构,提出了一套扩展液晶频率选择表面与吸波体的工作带宽、调谐率以及滤波特性优化的设计方法,为促进液晶可重构频率选择表面和吸波体研究工作的快速发展起到了推动作用。全文研究工作具体如下:第一,针对液晶可重构频率选择表面工作机理不清晰的问题,从频率选择表面的工作原理和液晶材料的介电特性入手,对基于液晶材料的频率选择表面的调控机理进行了研究。然后,通过研究多层级联结构的工作机理,得到了可重构双层级联结构介质层参数与传输极值之间的关系,提出了可重构频率选择表面带宽展宽的方法。第二,针对液晶可重构频率选择表面调谐率小的问题,巧妙地将三维弯折线结构引入了液晶频率选择表面中,提出了一种基于U形-贴片结构的大调谐率液晶频率选择表面结构单元。每个单元的上层和下层金属图案均由U形-贴片结构组成,且上层相对于下层的U形-贴片结构旋转180°,并偏移半个单元长度,从而形成类三维弯折线。研究结果表明,相比于已有的工作,所提出的液晶频率选择表面调谐率提升了64.3%,从而证明了该方法的有效性。针对现有液晶可重构频率选择表面结构单元尺寸大的问题,从螺旋电感的涡流模式入手,设计了一种基于方环-贴片结构的液晶频率选择表面结构单元。该单元的上层和下层金属图案之间翻转180°对称,形成了一个类三维螺旋电感,从而使得单元结构小型化,单元电尺寸仅0.077λ×0.077λ。进一步,设计了一款基于风车形结构的液晶频率选择表面结构单元,其在任意极化下均能形成类三维螺旋电感,从而使得单元对入射电磁波极化不敏感,单元电尺寸仅为0.09λ×0.09λ。在此基础上,利用上述两种单元分别实现了两款具有宽频带特性的液晶可重构频率选择表面,其3 d B带宽分别不低于450 MHz和997 MHz,有效地验证了设计方法的有效性。第三,针对液晶可重构频率选择表面的通带与阻带之间的过渡带宽宽的问题展开研究,从等效电路模型入手,建立了描述宽频带和边缘陡截止滤波特性的等效电路模型,并将其简化成两个简单的等效电路模型。依据简化的等效电路模型,分别提出了基于方环-缝隙结构的液晶频率选择表面和基于U形-带条结构的液晶频率选择表面结构。在此基础上,设计出了一个具有陡截止特性的液晶可重构频率选择表面级联结构,其通带3 d B带宽不低于750 MHz。在零偏压的液晶状态下,通带两侧的过渡带宽分别为0.316 GHz和0.295 GHz。在饱和偏压的液晶状态下,通带两侧的过渡带宽分别为0.244 GHz和0.237 GHz,验证了设计方法的正确性。第四,从极化选择特性的需求出发,提出了基于L形带条-贴片结构的液晶可重构频率选择表面,其在TE极化和TM极化下分别具有带通和带阻滤波特性。仿真和实验测试结果验证了设计方法的有效性。针对液晶可重构吸波体单元尺寸大和吸波带宽窄的问题,通过引入多模谐振,实现了宽频带吸收。在零偏压和饱和偏压的液晶状态下,该液晶可重构吸波体的吸收率大于90%的带宽分别为493 MHz和458 MHz,相对带宽均为4.5%。为了避免由于馈线的引入造成的吸波性能恶化,巧妙的将馈线设计为谐振结构的一部分,同时这种设计有效地增长了谐振结构的电流路径,从而实现单元结构的小型化。综上所述,本文的研究工作致力于解决限制液晶可重构频率选择表面和吸波体实际应用的问题。从理论研究出发,提出一套有效的设计方法,并利用全波仿真和实验测试进行验证。这套设计方法推动了液晶可重构频率选择表面与吸波体在无线通信系统领域和隐身领域的应用进程。