物联网技术快速发展与广泛应用,对高精度高可靠性温度、湿度等目标对象动静态特性感知与测试提出了新的挑战,探索发展新型温度、湿度等动静态物理特征感知机理及实现技术已成为学术界和产业界的研究热点。温度、湿度等物理量感测灵敏度、精度、线性度等性能直接决定了物联网节点的性能和可靠性。新型人工电磁结构（又称超构材料）具有负介电常数、负磁导率、强谐振性等特征及负折射、逆Cerenkov辐射、逆Doppler效应等奇异电磁特性,由汞、镓铟合金等温度敏感性材料构成的高Q值人工电磁结构的强谐振特性高度受控于环境温度,据此机理能发展出高灵敏度、高精度、宽动态范围的人工电磁结构式温度感知器件与系统,其在军事民用各领域具有广泛的应用前景。因此,研究高Q值汞基人工电磁结构的合成机理、设计与制备方法、电磁响应特性及其温控规律的分析方法、温度感测机理与测试方法等关键技术具有重要科学意义。本文在研究汞基人工电磁结构的强谐振特性与结构尺寸、材料特性参数的规律关系基础上,建立起温度感知性能参数与人工电磁结构的谐振频率等特性参数之间的线性/非线性模型;设计了多种新型高Q值汞基人工电磁结构,仿真与实验研究了这些器件的电磁特性及温度感测性能;研制出汞基人工电磁结构式高精度温度传感器样品。本学位论文的主要研究内容及创新贡献如下:1.在研究人工电磁结构中电磁感应力与结构阻力之间的非线性耦合特性基础上,提出了基于低损耗液态介质的功率可控调谐型人工电磁结构,分析揭示出液态基人工电磁结构中电磁感应力与低损耗流体阻力之间的非线性耦合机理及动态耦合过程、平衡特性和功率可控调谐特性。测试研究了两种不同低损耗液态介质中C波段人工电磁结构单元的谐振特性及其功率可控调谐性能,测试结果表明在25d Bm～30d Bm的入射电磁波功率变化范围内具有300MHz的调谐带宽,验证了液态基功率可控调谐型人工电磁结构的工作机理及其特性分析、设计方法的有效性。2.基于液态基人工电磁结构谐振特性的功率可控调谐机理,提出了温度可控调谐型汞基人工电磁结构,设计研制出了类EIT式、反射型、非对称Fano/Torodial式、Anapole式等高Q值强谐振汞基人工电磁结构单元,测试研究了各种人工电磁结构单元的强谐振特性及其温控特性,获得S波段内Q值高达240、12°C温控范围内谐振频率最大偏移量200MHz的测试结果,其性能优于已报道的多种温度可控调谐型人工电磁结构。3.理论分析了反射型高Q值汞基人工电磁结构的吸波热效应,建立起汞基人工电磁结构中电磁波能-热能-汞柱结构势能之间的非线性耦合关系模型,对其吸波热效应进行了多物理场仿真分析和实验研究,揭示出反射型高Q值汞基人工电磁结构的吸波热效应产生机理、动态响应特性及其受控途径;测试得到在固定温度下、C波段25 d Bm～35 d Bm入射电磁波功率范围内,反射型汞基人工电磁结构的谐振频率偏移量约为30 MHz。这些研究结果为降低汞基人工电磁结构式温度传感器的测温非线性误差奠定了理论和实验研究基础。4.提出了集成低功耗宽带可调频率源、高精度信号采集及处理电路的微带线耦合式高精度汞基人工电磁结构温度传感器方案,设计研制出汞基人工电磁结构式温度传感器样品,测试研究了温度传感器样品的感测灵敏度、分辨率、动态范围等特性,获得高达1.4×10-4°C的温度分辨率,该指标远优于已报道的光波导/光纤基等高精度温度传感器。本文研究并揭示了汞基人工电磁结构的特性及其温度受控机理与调控方法,发展出汞基人工电磁结构特性及其温度感测机理的理论分析、仿真与测试验证方法,研制出汞基人工电磁结构式高精度温度传感器,这些研究成果有益于推动汞基人工电磁结构在高精度温度感测、电磁特性操控等领域的广泛应用。