相比可见光频段,在微波或太赫兹等低频段内,人工表面等离激元是一种存在于亚波长周期结构表面的电磁波。这种电磁波具有短波长、高束缚等特点,因此吸引了许多研究人员的目光。随着对人工表面等离激元研究的逐步深入,基于人工表面等离激元的应用设计层出不穷。本文主要是对基于人工表面等离激元的Vivaldi天线、单向透明波导以及超灵敏传感进行了研究,主要研究内容如下:1、分析了人工表面等离激元的偶模与奇模的色散关系,详细讨论了奇模人工表面等离激元的快波模式、Sommerfeld–Zenneck波模式、慢波模式。并将人工表面等离激元结构引入到传统Vivaldi天线开口处,不仅保留了传统Vivaldi天线的超宽带特性,还提高了增益,改善了方向性。2、分析了传播常数的提取方法并设计具有等效复折射率的人工表面等离激元结构。通过调节人工表面等离激元结构的几何参数及加载的电子元件来控制折射率的实部与虚部。基于此方法,设计了两种满足宇称时间（parity-time,PT）对称的波导,在某一频点下实现单向透明功能。3、设计了以人工表面等离激元谐振结构为基础的PT对称耦合系统。方案一:在系统中引入损耗,通过调节系统中的电子元件和两个谐振单元之间的空间位置,使系统达到奇异点（exceptional point,EP）,从而提高检测微扰的灵敏度。方案二:在系统中同时引入增益和损耗,达到EP后,能进一步提高检测微扰的灵敏度。