电磁超材料作为一种不同于自然材料的新型材料,具有许多自然界材料中所不存在的特性,近年来被广泛应用于天线设计中。极化转换超表面是一种特殊的电磁超材料,它能使电磁波的极化方式发生改变,其在电磁领域具有很大的应用价值,近年来,越来越多的学者对极化转换材料进行了研究,提出了各式各样的高性能极化转换表面,并利用其特性赋予了天线更多优异的功能,尤其是利用其在产生圆极化辐射和实现低散射方面。本文在针对线极化到交叉极化、线极化到圆极化转换表面的设计基础上,着重对其在天线低RCS、圆极化天线的应用方面进行了研究。论文首先阐述了超材料的研究背景,极化转换表面在实现天线圆极化辐射和低RCS方面的应用价值。随后通过近年来的公开文献对两种常见的极化转换表面的研究现状进行了介绍。针对极化转换超表面在低散射天线设计上的应用,论文第三部分设计了两种分别工作在高频段和低频段上的反射型的线极化到交叉极化转换单元,通过周期性排布和棋盘性排布合理地控制两种单元的排布数目和排布方式来实现超宽的极化转换带宽,从而形成超宽带的低RCS特性,在此基础上,为了研究其在低散射天线设计上的应用,将该极化转换表面材料加载在缝隙阵列天线上,提出了一种超宽带低RCS天线。天线仿真结果和实测结果吻合良好。该设计有效地提供了一种拓展RCS减缩带宽的方法,为实现超宽带低RCS天线设计提供了一个良好的思路。针对极化转换表面在圆极化天线上的应用,论文第四部分提出一种实现线极化到圆极化转换的透射型极化转换单元。并将其组阵排布在矩形微带天线的上方,构成左旋圆极化天线,天线具有良好的圆极化特性。在此基础上,在微带天线的周围排布了两种人工磁导体表面,两种人工磁导体表面单元与上方的线到圆极化转换表面分别构成了两个旋向相反的线极化到交叉极化的极化转换表面,其各自的后向反射波之间存在180°的相位差,从而起到低RCS的效果。天线可以保持较好的增益和左线圆极化特性,同时可以实现带内的低RCS特性。最后对该圆极化低RCS天线进行了仿真对比,结果表明天线在保持良好的辐射特性同时,可以实现较好的低RCS效果。