电磁超材料作为一个新兴、多学科交叉领域,具备潜在的发展前景,因此近十年来受到广泛关注。本论文从研究电磁超材料对入射电磁波的电磁响应特性出发,构造设计了新型的单面左手材料、以及可以减小对电磁波极化方向依赖性的高维四重C-形状平面左手材料；研究了不同开口数单环谐振环之间的耦合效应以及由于耦合产生的磁分裂现象；另外,我们还基于光学变换理论、研究了电磁超材料在控制电磁波场分布中的应用(如波束偏转器、隐身斗篷)。本论文第一部分内容主要是研究新型电磁超材料的构造,及其在入射电磁波作用下的电磁响应特性。首先,我们详细分析了金属长细线(Rods)(或金属短线),与开口谐振环(SRRs)在不同相对排列情况下,电磁左手材料的负折射特性,经过模拟验证发现,当金属短线和谐振环共面、且彼此相连对称分布时,可以同时拥有宽通带、低损耗的优点。其次,我们设计了单面、结构简单、易于加工的双L形状的左手材料,并从理论和实验上对其负折射特性进行了验证,两种结果吻合,证实了设计的正确性；同时还详细分析了其负折射产生的机制,以及两种不同磁谐振模式的起因。然后,我们又设计了高维四重C-形状平面电磁左手材料,该设计减小了超材料对入射电磁波极化方向的依赖性,具有使不同方向入射、不同极化方式的电磁波均产生负折射率的特性；同时,对不同方向入射情况下,超材料的电磁响应特性及负折射产生的机制进行了详细分析和验证。最后,我们对同样极化方式下、不同开口数(1-开口、2-开口和4-开口)单环谐振环的电磁响应特性进行了详细研究,发现随着单环谐振环开口数量的增加,相邻谐振环之间的电磁耦合效应增强,4-开口时将会导致磁谐振模的分裂,形成两个不同起因的磁谐振模式；另外,通过调整4-开口谐振环的几何尺寸,我们构造了拥有超宽负磁禁带的单负电磁超材料。本论文第二部分主要是基于光学变换理论、研究了电磁超材料在控制电磁波场分布中的应用。首先,我们设计了基于有限嵌入坐标变换的多分支波束偏转器,使入射电磁波可以同时向不同方向、以不同角度无反射的偏转；同时还研究设计了两分支、交叉情况下的波束偏转器,虽然分支之间存在着耦合并使波形稍微变形,但依然可以使入射电磁波按预定角度无反射的偏转。其次,我们还研究了关于组合隐身斗篷、不规则隐身斗篷的边界阻抗的匹配性问题,通过合理设计隐身斗篷的电磁参数,大大降低了斗篷对入射电磁波的散射,并对其隐身效果进行了仿真验证。