研究超构材料的电磁理论、结构设计、特性分析及机理,对于推动其在电磁隐身、电子对抗与电磁干扰等领域的应用具有重要意义。采用电磁场数值仿真计算,电磁理论分析和微波实验验证相结合的方法,设计超构材料吸波器、超构材料极化转换器和可调超构材料并研究其电磁特性。本论文主要工作为:（1）针对电磁隐身等技术对多频和宽频的需求,提出并设计出两种超构吸波材料。首先提出宽角度多频超构材料吸波器,当电磁波入射角从0°到45°变化,该超构材料吸波器在5.92GHz、6.12GHz、8.54GHz三个频点对入射电磁波几乎实现完美吸收。三个频点处的表面电流分布表明,5.92GHz和6.12GHz两个频点的电磁吸收主要是由电谐振引起的,8.54GHz的电磁吸收源于磁谐振。仿真结果表明入射电磁波的极化方向对吸收性质没有影响。这种利用单一结构实现多频点谐振的方式,为研究和设计多频甚至宽频带超构材料吸波器提供参考。基于以上研究,通过开缝金属线加载集总电阻设计出宽带、宽角度入射和极化不敏感的低频超构材料吸波器。仿真得出在1.3GHz-3.51GHz的频段内吸收率超过80%。微波实验验证了仿真结果的正确性,并对仿真和实验结果之间的误差进行了详细分析。利用等效阻抗、表面电流分布、等效电路、电场能量与磁场能量分布分析其宽带吸波机理。（2）针对电子对抗和电磁干扰的不同应用场景,设计了反射型和透射型极化转换器。采用经典的金属膜-介质-金属膜的三明治结构,基于谐振环和金属贴片相结合,设计出一款基于金属开口环的宽带微波线极化转换器,工作模式为反射模式。在19.2-35.1GHz的宽频带内能将入射线极化波的振动方向旋转90°。依据金属膜表面电流的分布特点,介质中存在磁谐振,产生垂直于入射极化波的电场,由此表明了该结构的极化转换原理,微波实验验证了仿真结果的正确性。另一种是基于金属光栅和金属裂环的线极化转换装置。该极化转换装置是通过手性超构材料在透射模式下的不对称组合实现的。通过电磁仿真发现它能在6-36GHz的频率范围内实现高效的极化转换,极化转换率达到98%以上。所设计的透射型极化转换器件具有超宽带非对称传输、高效并且对入射角度不敏感的极化转换特性。同样,微波实验验证了仿真结果的正确性。（3）针对超构材料多功能应用,设计出两种加载集总元件的可调超构材料。一种是加载集总电阻的宽带可调吸波/透波超构材料。该超构材料由可切换频率的传输层和被空气层隔离的阻抗层组成,具有极化不敏感,宽带吸波,宽角度入射的特性。可调吸波/透波超构材料实现了在两个透波频率切换:高频透波状态（PIN二极管处于开启状态）,吸收带范围是3.1GHz-7.2GHz和9GHz-10GHz,透波频点为8.8GHz,透射率为50%。在低频透波状态（PIN二极管处于关闭状态）,吸收频带是3.1GHz-5.5GHz和6.66GHz-9.67GHz,透波频率为6GHz,透射率为45%。另一种是利用金属栅状结构加载二极管设计出一种低频宽带极化可调超构材料,实现了独立控制水平/垂直极化电磁波的透射特性,在0.3GHz到3GHz仿真和实验验证了其对极化的调控性。可调超构材料具有四种工作状态,结合天线能够用于开展电磁波辐射与极化感知研究。本文通过仿真设计、理论分析和实验测试相结合的方法,研究了电磁波多频吸收、宽带低频吸收,宽带反射型以及透射型极化转换以及加载集总元件的可调超构材料。本文研究的超构材料及其器件可用于雷达电磁隐身、多种传感器及天线等领域。