磁环偶极子是和电/磁偶极子并列的基本偶极子,其辐射强度比后者要弱很多而难以被探测到,因此在多极子展开式中常常被忽略。超材料的发展,使得人们能够设计出可以探测的磁环偶极子。从而设计基于磁环偶极子的超材料,来实现一些奇特的物理效应。本文首先利用电磁场数值模拟方法,设计了一种工作在微波频段的双频段高Q值电磁波超材料平板。其超材料分子是由两个尺寸不同的旋转对称形超材料原子构成。模拟发现,超材料的透射谱上出现了两个透射峰,增加分子的旋转重数,两个峰均发生蓝移,而且其Q值均显著的提高。这两个透射峰主要分别与分子中的两个原子的电磁模式(电偶极子和磁环偶极子)的同时激发有关。主要是原子中的这两种偶极子辐射的电场因反相干涉相消,从而抑制了辐射损耗,导致了较高的Q值。分子的旋转重数增加使得分子(原子)具有较高的旋转对称性,这导致了电磁波的能量能够较好地局域于每个原子内部,从而进一步减小了超材料的辐射损耗。同时,我们也研究了结构参数对透射峰的影响;将半导体硅与该超材料复合,研究了动态调控特性;通过计算群时延,发现这种结构可实现慢光效应。其次,利用电磁场数值模拟和实验方法,设计了一种工作在微波频段的单频高Q值的电磁波超材料平板。其超材料分子是由哑铃型金属环围绕其对称轴旋转而成的多重旋转结构。模拟发现,超材料的透射谱上出现一个透射谷,增加分子的旋转重数,透射谷也发生蓝移,而且其Q值也显著的提高。这个透射谷也主要与分子中的电偶极子和磁环偶极子的同时激发有关。它们辐射的电场干涉相消,从而抑制了辐射损耗,导致了较高的Q值。分子的旋转重数增加同样进一步减小了超材料的辐射损耗。我们也研究了结构参数对透射谷的影响以及慢光效应。我们的研究为设计高Q值超材料提供了一些方案。这些结果在物理上有着重要的意义,同时也有着重要的应用价值,比如设计高性能的微波滤波器、调制器等。