人工电磁媒质自提出以来一直受到广泛关注,并且在毫米波和微波段取得了瞩目的成就。但是随着频率的升高,金属结构表现出来的强烈的色散特性以及损耗特性,极大程度地制约了左手超常媒质等人工电磁媒质微波毫米波段、特别是在太赫兹波段的实际应用,全介质型人工电磁媒质的研究为解决上述问题提供了可能性。本文从介质Mie谐振理论出发,研究了介质块之间存在的强耦合情况下的媒质散射特性。为了构建全新的全介质超常媒质结构,引入了场变换理论。通过对特定空间内的每一个位置构建一个位置矩阵,从而达到改变全介质结构本构参数的目的,为实现对电磁波波阻抗和极化方式的调控提供可行的方法。互耦特性是研究全介质结构电磁响应中的关键问题,本文首先从单一介质块的谐振特性展开研究,分析了介质结构在构成Mie谐振时的电磁响应模式。基于Mie散射理论以及耦合模理论,引入了紧耦合效应对谐振模式的影响,推导出结构整体谐振频率随耦合系数的解析表达式,并通过在入射波的波矢量方向、电场方向及磁场方向上分别将大小以及形状相同的介质块进行叠置而建立仿真模型,获得了整体谐振频率关系以及谐振模式的变化规律,揭示了高介电常数介质谐振单元之间的互耦效应对于结构整体的电磁响应的影响,进而提出了基于耦合效应的全介质型单一谐振单元的左手超常媒质构造方法。从全介质结构实际应用考虑出发,利用场变换的理论,通过对构造目标场分布时所需要的介电常数和磁导率空间分布函数进行分析,提出了一种全介质极化扭转结构,讨论了结构参数与频率可调控性之间的关系。由此结构构建出的极化扭转/变换器件可实现线-线极化波之间的极化扭转和圆极化波左-右旋向的变换,其极化扭转、变换效率高达99.3%。通过仿真优化、样品加工和实验测量,验证所提出结构的正确性和合理性。而后,针对目前应用于中-高功率场合产生带宽降低而导致吸波特性变差的问题,本文从高功率微波段全介质结构出发,提出了一种拓宽带宽的设计方法。利用Mie谐振结构内的紧耦合效应将不同阶次的Mie谐振模式整合,实现拓宽带宽特性。仿真结果表明,这种方法可以有效拓宽吸波器的相对带宽,且在65度大入射角度下仍可保持正常工作。最后,利用光学变换原理,将传统的球形龙伯透镜在特定方向上进行压缩,提出了扁平型和平板型两种低剖面耦合效应下的全介质型压缩龙伯透镜。压缩后的透镜在电磁波入射方向上厚度变薄为原来的1/7,其扁平状使得应用更加灵活,加工变得更加容易。利用透镜结构分层之间的耦合效应,实现了对入射波辐射能力的加权。实验结果表明,整个透镜系统对入射电磁波具有良好的汇聚效应,并且对副瓣的抑制能力强,可以实现正负36度的波束扫描调控。本文的研究成果更加深入揭示了全介质人工电磁材料的电磁特性,拓展了新型器件的设计方法,对于加深理解全介质结构电磁特性以及未来全介质型毫米波或太赫兹波段器件的设计具有理论指导意义。