左手材料的理论和实验研究是电磁超材料最初的研究领域，左手材料因为其介电常数和磁导率都是负值，所以它具有很多自然界材料所不具备的物理性质，比如:负折射率、相速与群速方向相反、反常的Doppler效应、反常的Cerenkov辐射效应等。在最初的研究方面，取得的成果应该归于Lamb[1]，他在在1904年就意识到了自然界中存在后向波，然后是Mandelshtam[2], Sivukhin[3], Veselago[4]等对这种介质进行的进一步的研究。因为Veselago是第一个对这种介质的电磁特性从理论上系统研究的，而且给出了左手材料的定义，所以现在大多数人都把这种材料的最初研究归功于Veselago。

但是在之后的接近三十年的时间中，并没有太多人去关注这种左手材料。究其原因，是因为Veselago虽然对左手材料从理论上进行了分析，也详细研究了左手材料的电磁特性，但自然界中不存在左手材料这种物质，无法让更多的研究者认识到左手材料的特性。直到21世纪初，D。 R。 Smith教授[5]和他的合作者在J。 B。 Pendry[6][7]思想的基础上，制造出了世界上第一块左手材料，并且对一维左手材料的功率传输透射进行了实验验证，结果显示在4。7-5。2 GHz这一频段内该复合材料具有左手特性。2001年，D。 R。Smith又和他的合作者Shelby[8]等人进行了著名的“棱镜折射实验”，在矩形波导中进行的这个实验证明了左手材料具有负折射率特性。论文网

电磁超材料作为一个新生的领域，与其它的新生事物一样，在研究和发展过程中遭受了很多的质疑。在左手材料研究发展初期，很多研究者在理论和实验方面提出了质疑。面对这些质疑，左手材料的研究人员对此进行了反驳。英国的J。 B。 Pendry教授、美国麻省理工的Jin。 Au。 Kong教授、R。 W。 Ziolkowski等人进行了理论计算或数值仿真，证明了左手材料确实具有负折射特性[9][10][11]。最近几年，有专家提出编码式超材料结构（coding metamaterial）[12]，通过采用具有反相特性的两种单元结构（“0”和“1”），同时进行不同的排布方式来控制电磁波，可以实现更大的设计自由度。

1。2 超材料的研究现状

1。2。1 超材料“隐身斗篷”发展现状

1。2。2 超材料在天线应用上发展现状

1。2。3 超材料电磁吸波体发展现状

1。2。4 编码超材料的发展

2  超材料的电磁特性分析

2。1  左手特性分析

超材料(Metamaterials)是一类具有自然界中材料所不具有的超常物理特性的等效均匀人工复合结构或复合材料。自然界中的天然材料由原子或者分子够成，它的电磁特性用介电常数ε、磁导率µ来描述;而由人工构造的微结构组成的电磁超材料，其整体电磁特征用等效介电常数εeff,等效磁导率, µeff来描述。当电磁超材料的相对等效介电常数εre-eff、相对等效磁导率µre-eff变成小于1的正、负实数或者复数时，电磁波传播方式会发生根本性的变化，因此可以通过设计不同的微型结构来控制电磁波的传播。

从理论上将，按介电常数和磁导率的正负关系媒质空间可以划分在四个象限中，我们以介电常数为横坐标，磁导率为纵坐标，四种媒质可以划分为图2。1所示的情况。

可以看出，在第一象限中，媒质的介电常数ε和磁导率µ的值都是正的，通过Maxwell方程组可以得知，在此类媒质里面电磁波的电场、磁场和波矢量的关系呈现出右手螺旋关系，坡印廷矢量的方向和波矢量的方向一致(也就是说相速度和群速度的方向相同)。所以这类材料也叫作右手材料(Right-handed Materials, RHM），自然界中存在的大部分材料都属于右手材料。