一套完整的时间反演电磁系统由两部分组成——时间反演镜与接收终端。时间反演镜的主要功能是对信道探测信号进行时间反演变换，并对所反演的信号进行处理、发射。接收终端的主要功能是接收由时间反演镜发射的信号，并对接收的信号做进一步处理，以获得最佳的聚焦效果。时间反演镜与接收终端都会对时间反演电磁波的聚焦特性产生影响。因此，对实现时间反演镜以及接收终端的关键技术进行研究，有助于提高整套时间反演系统的性能。本文对高效时间反演电磁系统实现的关键技术和基础理论进行了深入研究，主要内容概述如下：首先，介绍了时间反演电磁学的研究背景以及发展动态。并分别对时间反演电磁信号的获取方法与基于时间反演技术的亚波长阵列天线的研究进行了综述。指出了目前时间反演电磁系统实现过程中亟需解决的两大关键问题。然后，对基于模拟信号处理技术实现高频电磁信号时间反演变换的方法进行了深入研究。模拟信号处理技术利用器件本身的物理性质完成对信号的处理，与数字信号处理技术相比，由于无需对信号进行离散化处理，模拟信号处理技术不受模数/数模采样率限制，在处理速度上远优于数字信号处理技术。本文对基于模拟信号处理技术的波形变换方法进行了研究。首先，对基于时域成像技术的波形变换方法进行了研究。通过与空间成像系统进行对比分析，给出了在时域成像系统中得到电磁信号反演波形的条件。对波形变换系统的核心器件——啁啾延迟线的设计方法进行了讨论。利用所设计的啁啾延迟线，在系统仿真中对基于时间透镜原理获得时间反演电磁信号的方法进行了验证。在协同仿真实验中，实现了一个时宽为1.6ns的三角波信号的时间反演变换。在此基础上，又提出了一种基于色散补偿原理的电磁信号时间反演变换方法。通过推导，得到了基于色散补偿技术获得微波信号时间反演的条件并利用仿真和实验对其进行了验证。与时域成像技术相比，该方法减少了微波色散延迟线的使用数量，降低了系统损耗。基于模拟信号处理技术实现电磁信号时间反演变换的研究为高效时间反演镜设计提供了新的思路。进一步，提出了利用模拟信号处理技术设计亚波长阵列天线的方法。亚波长阵列天线在时间反演电磁系统的接收终端扮演着极为重要的角色。基于凋落波-传播波模式转换理论的亚波长阵列天线的设计方法成功率低，不适合推广。通过对阵列单元间互耦的分析，明确了亚波长阵列获得时间反演超分辨特性的条件。在此基础上，提出了两种亚波长阵列天线设计的新方法。在第一种方案中，具有不同反射色散特性的啁啾延迟线被引入阵列单元的馈电网络中。由于引入的啁啾延迟线打破了各个单元天线到时间反演镜的信道响应之间的强相关性，运用时间反演技术时，具有最大聚焦峰值的信号仅由亚波长阵列天线的目标单元所接收。在第二种方案中，为了减小各个单元到时间反演镜的信道响应之间的相关性，具有不同时域传输函数的波形整形电路被引入单元的馈电网络中。结合时间反演技术，亚波长阵列天线同样获得了时间反演超分辨率聚焦特性。与第一种方法相比，由于不再需要定向耦合器等器件，单元天线的辐射效率进一步提高。与基于凋落波-传播波模式转换机制的设计方法不同，新的方法在效率与互相关性水平上更容易控制与预测。最后，对时间反演电磁波聚焦效果的影响因素进行了讨论。利用仿真与实验研究了人工超材料对时间反演电磁波聚焦效果的影响。此外，也讨论了时间反演镜天线对时间反演电磁波聚焦效果的影响，并提出了初步的解决方案。