惠更斯超表面是一种新型超表面,与其他的超表面相比,惠更斯超表面在结构构建上包含电谐振和磁谐振两部分,通过调节电谐振和磁谐振的结构参数,惠更斯超表面可以实现对电场和磁场的单独调控,从而实现对电磁波的自由调控。由于惠更斯超表面对电磁波出色的调控能力,因此广泛用于平板透镜、极化转换器、成像系统等器件的设计。本文围绕惠更斯超表面的电磁特性及其在天线上的应用展开研究,详细分析了惠更斯超表面的工作原理,并且设计了两款高性能的惠更斯超表面,同时将超表面加载在天线上,实现了对天线辐射性能提高。论文的主要研究内容如下:（1）对惠更斯超表面的工作原理进行了研究。以惠更斯等效原理和广义斯涅尔定理为切入点,结合宏观表面传输条件模型,分析采用表面电磁极化率来表示的人工电磁表面的电磁特性的优点,并结合惠更斯超表面的工作原理相结合,推导了惠更斯超表面的透射系数、反射系数和电表面导纳、磁表面阻抗之间的关系。（2）基于惠更斯超表面的工作原理,提出了一款高性能惠更斯超表面的单元结构,通过对结构进行仿真优化,实现了360o的相位覆盖和0.85以上的透射系数。基于该单元结构,设计了一款波束偏转透镜和一款聚焦透镜,实现了平面波偏转和平面波聚焦的功能,并且将所设计的聚焦透镜加载在喇叭天线的口径面上,使天线的辐射性能得到大幅度提升。仿真和实验的结果表明,在13.2GHz～16.6GHz的宽频带范围（相对带宽22.82%）内,天线的反射系数S11小于-10d B,且天线的增益得到了显著提高。（3）设计了一款各向异性惠更斯超表面,能够对正交极化波进行有效调控。基于该超表面,设计了一款极化分束器,能够将不同极化的电磁波有效分离。同时将极化分束器加载在天线上,对将天线辐射的电磁波进行了极化分离。