本文结合Maxwell-Garnett等效媒质理论和人工媒质的有源构造方法,分别进行了具有强非线性和旋电效应的有源人工微波媒质研究。自然媒质在微波频段通常只呈现极其微弱的非线性效应。对比类别丰富的空间光学非线性应用,微波频段的非线性应用通常局限于微波电路中实现。基于等效媒质理论,本文研究、设计和实现了具有强空间非线性电磁响应的有源人工微波媒质,在微瓦级空间微波照射下观测到了清晰的空间谐波产生和频谱调制等非线性效应,并从实验测量数据中有效地提取了上述人工微波媒质的等效非线性特征本构参数。在上述工作基础上,本文提出并实验演示了微波源的非线性空间成像和远场重构,得到了超过Abbe衍射极限(Abbe diffraction limit)的空间分辨率。在Maxwell理论中,电磁波的传播满足互易原理,并在能量守恒的条件下遵循局部时间反演对称(Local time-reversal symmetry)。仅在外加偏置场的条件下,自然存在的少量回旋(Gyrotropic)媒质,如磁化等离子体和铁氧体,可以呈现微弱的非互易旋电或旋磁效应。本文创新地利用微波电路中常见的单向元件,提出了无需外加偏置磁场即可呈现强旋电效应的有源人工媒质构造方法。通过将有源元件的单向性转化为等效媒质的非互易电磁响应,物理实现了仅需直流电压偏置的人工旋电微波媒质,并采用逆问题优化算法提取了对应的等效特征本构参数。在进一步的实验研究中,本文清晰观测到了具有显著极化角度偏转的法拉第极化旋转效应,验证了电磁波在上述人工媒质传播中不对称的局部时间反演。本文研究所得的两种人工微波媒质从原理上避免了相应的自然存在媒质在微波频段的性能局限,具有很好的潜在应用前景。