表面等离子体(Surface Plasmons,简称SPs)是被光在金属表面激发的一种电子疏密波,是电子与光子的混合态。当SPs存在于开放型结构时处于传播状态,此时称为表面等离子体激元(Surface Plasmon Polaritons,简称SPPs);而当SPs存在于闭合型结构时处于本地谐振状态,此时称为局域表面等离子体(Localized Surface Plasmons,简称LSPs)。由于贵金属在光频段具有的特殊性质,基于SPs的理论和应用主要在光学领域获得了大量研究,并取得了极大的进展。为了将这种模式推广应用于微波和太赫兹波段,科学家们通过对金属雕刻周期性槽的方法成功地实现了类似SPs的人工表面等离子体(Spoof Surface Plasmons,简称SSPs)。同样的,SSPs也因处于开放型或闭合型结构而分别称为人工表面等离子体激元(Spoof Surface Plasmon Polaritons,简称SSPPs)或人工局域表面等离子体(Spoof Localized Surface Plasmons,简称SLSPs)。而这类支持SSPs的刻有周期性槽的金属统称为等离子体超材料(plasmonic metamaterials)。本文首先提出了一种等离子体超材料结构。重点研究了该结构周期单元的尺寸对色散曲线的影响,发现槽深h是影响色散曲线的主要尺寸因素。同时也分析了用于支撑该等离子体超材料结构的不同介质基板对色散关系的影响。通过与现有常见的等离子体超材料的周期单元及色散曲线对比发现,本文提出的等离子体超材料结构可更为有效地支持SSPs。其次,本文借助该等离子体超材料结构设计了开放型SSPPs波导结构,并设计了可以与共面波导平稳过渡的匹配转换器。采用共面波导馈电,本文进一步设计了单排SSPPs波导滤波结构、双排SSPPs波导滤波结构、双排SSPPs波导双频滤波结构和SSPPs波导功分结构四种实际应用结构,并研究了这类结构的弯曲损耗和共形特性。最后,本文借助该等离子体超材料结构设计了闭合型SLSPs谐振结构,并通过仿真的消光截面(Extinction Cross Section,简称ECS)数据,分析了三种不同TEM波对该闭合型等离子体超材料结构的激励效果,验证了水平极化波可以激励出SLSPs谐振的结论。基于该结论,本文设计了贴片单极子天线激励、微带线激励和vivaldi天线激励三种实际的激励方式,并成功地激励出多种高阶SLSPs谐振模式。本文还研究了结构尺寸和介质环境对SLSPs谐振频率点的影响。