随着电磁学的飞速发展,越来越多的新技术被提出和尝试,其中以麦克斯韦方程组为基础建立的变换光学理论为电磁学的研究提供了新的有效途径。利用变换光学理论分析并设计指定区域的媒质参数,使该区域内电磁波的传播方向能够随我们的需求进行调控。人工电磁材料是通过在材料单元上进行一些人为的特殊构造与设计,相比于自然界原有材料的基本物理性质而言,能够获得很多奇异的特性。人工电磁材料的迅猛发展为变换光学由理论层面的完美概念应用到实际生活中提供了可能。本文以变换光学理论为出发点,对人工电磁材料进行逆向优化设计与研究,总结依据变换光学计算得到的电磁参数并反向寻找对应的人工电磁材料的方法,为变换光学应用在天线及微波器件设计领域中提供了新支撑。本文的主要工作内容如下:1、将特征模理论应用到优化研究中,运用FEKO仿真软件,观察不同结构的表面电流分布,并将表面电流分解成相应的特征电流,分析人工电磁材料单元在不同模式下的特征电流分布,从物理角度上,揭示了结构的辐射特性与等效材料参数之间的内在联系根据不同模式的不同电流分布,为寻找及优化人工电磁材料提供了新思路。2、在逆变换光学理论基础之上,以波束转换表面为设计目标,根据计算得到的电磁参数值对人工电磁表面进行优化设计。具体包括:以上述分析方法为指导,对经典人工电磁结构的大量的数值仿真,确定基本单元的选型;建立MATLAB与CST联合仿真平台以理论分析得到的基本选型作为初始结构,利用遗传算法对整体结构进行进一步优化,最终实现了满足期望波束的人工电磁表面的设计。依据上述内容分析,在变换光学的理论基础之上,通过对人工电磁材料单元结构参数的优化,找到满足变换光学计算出的介电常数和磁导率值的结构,以此构造人工电磁表面,为灵活且有效的调控天线辐射特性带来了新途径。