左手材料(Left-handed metamaterials，LHMs)是一种介电常数和磁导率同时为负的人工复合结构材料，由于其中传播电磁波的相速度和群速度方向相反，从而表现出一系列反常的电磁特性。如反常Doppler效应、反常Cherenkov辐射、反常Goos-Hanchen位移、负折射效应和完美透镜效应等。LHMs的发现被美国《科学》杂志评为2003年度十大科技突破之一，是当前物理与电磁学研究领域中的前沿与热点问题。本论文主要研究了非对称开口六边形谐振环及树枝状结构的设计、制备、结构参数以及单元间相互作用对其性能的影响，并由此设计左手材料。论文创新和有价值的工作涉及以下几个方面： 1．受自然界树型结构的启发，设计了非对称开口六边形谐振环微结构单元，用电路板刻蚀技术制作了样品环及其组合结构。采用计算机模拟和实验研究了单个和多个谐振环在微波段(8—12GHz)的电磁响应行为。研究结果表明，该结构具有负磁导率特性，开口谐振环几何尺寸影响环的磁谐振频率；两环环间距较小时出现二次谐振；带高级分支的辐射状环列相对于不带分支环列透射峰向低频移动，实验和模拟结果吻合。 2．通过数值模拟和实验研究了电磁波水平和垂直入射情况下树枝多级结构的电磁响应行为，并由此设计树枝左手材料。模拟表明树枝多级结构可以产生电谐振和多个磁谐振。改变树枝的级数以及各分支的长度，可以调节磁谐振和电谐振的相对位置；把这种结构排列成周期性阵列，当树枝阵列的高级磁谐振出现在其电响应频段内时，在透射曲线上即可出现一左手透射峰。采用电路板刻蚀技术制作了三级树枝阵列样品，实验得到在微波X波段的左手特征峰，并且在左手频段内出现的传输相位的跃变。 3．参阅文献找到了一种计算左手材料介电常数、磁导率、折射率的方法—散射参量法：首先通过CST软件进行了模拟计算得到S参量，用Matlab编程数值计算得到左手材料的介电常数和磁导率同时为负。