无线通信系统对于天线性能指标的要求日益严苛，天线的设计越来越趋向于高增益、低剖面、高效率等方向发展。人工电磁表面的出现，为天线的设计方式带来了新的可能性。通常，人工电磁表面是由周期性排列单元结构组成的，与传统材料相比，电磁波在人工电磁材料中的传播会展现出不同的特征，这从根本上改变了电磁波的传播方式，可以更加灵活地对电磁波进行调控，因此国内外研究学者对人工电磁表面在天线中的不同应用进行了大量研究。本文正是在这一研究背景下，对人工电磁表面在天线中的应用展开深入研究，并对其可重构方法进行设计与改进，研究内容主要包含：
　　1.本文研究了人工电磁表面的理论分析方法和仿真建模方法。本文以提高人工电磁表面对表面波和空间波的调控能力为研究目标，首先对人工电磁表面的两种主要分析方法进行了详细讨论，分别是针对表面波传播的横向谐振分析法和针对空间波传播的广义斯涅尔定律分析法。其中横向谐振分析法主要研究人工电磁表面对表面波的阻抗调控特性，广义斯涅尔定律分析法主要研究人工电磁表面对空间波的相位调控特性。在原理分析的基础上，进一步研究了基于两种分析法的仿真建模方法，为研究工作的开展打下理论基础。
　　2.本文研究了人工电磁表面的一维阻抗调制特性。阻抗调制表面是人工电磁表面的重要应用之一，本文以平面漏波天线的设计为研究实例，详细阐述了一维阻抗调制表面的设计方法。由于漏波天线具有频扫特性，即漏波天线的波束指向角度只随频率变化而改变，因此采用传统的设计方法难以实现固定频率下的波束角度扫描，本文针对这一问题，设计了一种固定频率波束可重构平面漏波天线。在一维阻抗调制表面内加入变容二极管，通过对变容二极管的独立控制，实现调制表面阻抗大小和调制周期的同时调节。与现有国内外研究成果相比，本文所提出的天线可以获得更大的角度扫描范围。实验结果表明，所提出的天线在8GHz频点处可以实现118°的波束扫描范围，同时，由于所提出的调制表面具有高度的可重构特性，天线还可以实现波束数目的可重构，即天线能够工作在单波束辐射模式和双波束辐射模式，并且可以对每个波束的指向角度实现独立控制。
　　3.本文研究了人工电磁表面的二维阻抗调制特性。在一维阻抗调制的设计基础上，为了进一步提高人工电磁表面对表面波的调控能力，本文以平面全息天线的设计为研究实例，详细阐述了二维阻抗调制表面的设计方法。全息天线是属于漏波天线的一种，其设计方法是阻抗调制漏波辐射理论和微波全息理论的结合。全息天线同样具有频扫特性，因此，本文提出了一种固定频率的波束可重构全息天线。天线由二维阻抗调制表面和馈电控制电路组成，对于调制表面的设计，本文创新性地提出了一种改进的阻抗调制方法，将调制表面分为四个部分，每个部分进行两种波束的阻抗信息调制，从而使整个表面含有四种波束的阻抗信息。整个调制表面含有5329个单元结构，通过馈电控制电路对不同单极子波源进行激励，实现天线波束在四种辐射状态之间进行切换。实验结果证明，该设计实现了18GHz频点处的四种波束切换，并且四种波束都具有良好的指向性，增益全部大于17dBi。
　　4.本文研究了人工电磁表面的相位调制特性。人工电磁表面对电磁波的调控作用不仅仅局限于表面波，国内外研究学者对人工电磁表面的空间波调控作用进行了大量研究。近几年来，携带轨道角动量(Orbital angular momentum, OAM)的涡旋电磁波以其对信道容量的显著提升作用，引起了国内外研究学者的注意。作为人工电磁表面的应用之一，相位调制表面在OAM天线的设计当中扮演重要角色。本文以OAM天线的设计为研究实例，研究了相位表面对空间波的调制作用，设计并加工了一种工作在18GHz的单层透射式OAM天线。该设计基于改进的单元结构，通过加入金属过孔结构，抑制了介质上下表面金属条带之间的电容效应，大大降低了单元的传输损耗，同时延长了电流路径，增加了单元的相位调节范围。与现有国内外研究成果相比，本文所提出的透射式OAM天线具有低剖面的优势。实验结果表面，该设计可以有效产生OAM涡旋电磁波。同时，本文设计了一种工作在5.5GHz的单层反射式OAM天线，并对该天线的可重构设计进行了探索，提出了一种可重构方法，实现了同一天线在不同OAM模式之间进行切换。