近几十年,新型人工电磁超材料一直是重点研究课题,其中人工电磁表面作为一种二维的人工电磁材料具备占有空间小、低损耗等优点,且可以很好地应用在电磁器件设计上,是研究学者的热点关注方向。本文将当前主流的几种人工电磁表面设计方法作为研究目标,并且将其应用于电磁波束的调控方向上。首先,本文对常见的人工电磁表面单元从带宽、谐振频率稳定性等方面进行了性能分析总结。对性能较好的方环单元进行组合形成双方环单元形式,并对双方环单元进行优化,最终设计出了新型超表面单元。对于新型单元,我们从传输特性、极化稳定性以及角度稳定性方面进行性能仿真测试。之后我们对新型单元工作时的表面电场能量进行分析,得到了该单元的一个等效电路模型,并分析该单元尺寸参数对等效表面阻抗特性的影响。根据分析结果我们对单元进行几何尺寸扫描,获得了新型单元的单元（meta）库,并配备了meta查找算法。然后我们分析了人工电磁表面的设计方法,发现很多场景需要根据电磁表面两面的切向场去设计人工电磁表面,即广义边界传输条件的思想。关于表面外的透射场我们需要根据实际的目标远场去计算获取,于是我们利用电磁表面积分方法以及矩量法等理论构造了一个目标远场和表面电磁流关系的矩阵方程,并利用共轭梯度-最小二乘迭代算法对方程进行求解计算得到表面电磁流的分布。为了验证这个场源重构算法的准确性,我们采用了介质散射以及天线辐射等问题作为验证场景,对比实际远场和逆源产生的远场,发现结果都很吻合。最后我们将人工电磁表面的设计和实际应用相结合。先是根据惠更斯原理对透射相位的完全控制设计出一款应用于微带天线的相位补偿器,去提升普通微带天线的远场波束方向性。然后根据广义斯涅尔定律设计出一款波束偏折透镜,实现了对电磁波束的一定角度偏折。最后又根据场源重构算法以及GSTCs方法对偏折透镜超表面进行设计,并加工了实物进行测试验证。