一直以来,天线都是通信设备设计的重点和难点,5G的出现更是将天线的设计难度推向了难以想象的高度。现如今,天线的研发也不断朝着这几个日益迫切的需求发展,包括小尺寸、宽带、多频段和方向图可重构等。相位梯度超表面的出现为设计高指向性、高增益、小型化和宽带化天线提供了新手段,同时还能增加天线的辐射效率和极化隔离度,为高性能天线的设计开辟了新道路,也为实现多种辐射模式的天线提供了可能性。本文将相位梯度超表面与传统的Vivaldi天线相结合,从理论、仿真与实验研究了如何利用相位梯度超表面实现不同频段内天线的不同辐射方向。文中首先阐述了相位梯度超表面的相关原理,还介绍了相位补偿原理、天线的常用电参数以及实验原理。基于理论基础主要开展了以下工作:（1）提出并设计了一种由相位梯度超表面实现的低频透射、高频反射的多模式天线,该天线系统具有较高的增益,其由各向异性聚焦相位梯度超表面和传统的Vivaldi天线组合而成。仿真和实验结果都证明了所提出的天线在不同的频点能够实现不同方向的波束汇聚,在15.7 GHz时透射方向的波束汇聚,最大增益为20.4 dBi;在16.5 GHz时实现双向波束汇聚,前向增益和后向增益基本相同;在17.1 GHz时实现反射方向的波束聚焦,最大增益为16.5 dBi。（2）提出并设计了一种由透射型相位梯度超表面和频率选择表面结合而成的整体结构,实现了一款低频反射、高频透射的多模式天线。此结构中以频率选择表面作为衬底,在低频时频率选择表面可用作接地层,在高频时则是相当于带通滤波器。所提出的超表面在陶瓷Vivaldi天线的激励下,在10-11 GHz范围内实现了反射波束聚焦,在11.4-11.8 GHz和12.1-12.5 GHz之间实现了波束双向聚焦,以及在11-12.5 GHz范围内实现了透射波束聚焦。相位梯度超表面调制天线,可以实现多波段和多种辐射方式,有效地减少了系统中使用的天线数量,在需要相位梯度超表面两侧均实现波束调控的场景中具有潜在应用价值,可应用于双向辐射,以及由多频段、多位置接收机组成的无线通信系统。