随着微波无线技术的迅速发展,雷达、导航和卫星通信等众多领域对电磁波极化调控提出了越来越高的要求。传统转换电磁波极化的方法主要基于无源电路以及双折射晶体,但其面临转化效率低、工作带宽较窄及设计复杂等缺点。极化旋转器,可以在保证电磁波线极化的同时,将入射线极化电磁波的极化方向旋转一定角度。基于超表面的极化旋转器具有效率高、剖面低等优点,受到了学者的广泛关注。高效率的三频段和双极化的极化旋转器是目前研究的难点。论文对基于超表面的极化旋转器进行了深入研究,针对极化旋转器的研究所面临的两个难点,分别设计、加工并测试了两款具有不同特性的极化旋转器。论文的主要研究成果为:1.高效率三频段极化旋转器设计。首先,利用一层开口谐振环和两层正交极化线栅所组成的类三明治结构设计了一款高效率单频段透射型极化旋转器。该极化旋转器可以在4.8-13 GHz频段内将入射线极化平面波旋转90°,带内平均极化旋转效率为93.1%。其次,详细研究了影响其极化旋转效率和频带移动的各个参数,并以其为原型,创新性地设计了由三个不同半径的同心开口环组成的三频段极化旋转器。通过金属表面电流分布和空间电场分布对该三频段极化旋转器的工作机理进行了详细分析。最后对该三频段极化旋转器进行加工与测试。其交叉极化传输系数大于0.8的频段分别为4.55-7.78 GHz(相对带宽为52%)、9.75-11.4 GHz(相对带宽为15.6%)和14.85-16.48 GHz(相对带宽为10.4%),带内平均极化旋转效率分别为98.8%、98.7%和93.4%。2.高效率双极化双频段极化旋转器设计。首先基于4层截断线超表面,设计了工作在低频段的高效率y极化旋转器;其次基于4层开口环超表面,设计了工作在高频段的高效率x极化旋转器。通过分析不同频率下4层超表面的电流分布,可对其极化旋转机理进行详细解释。在此基础上,将该两种设计结合,实现了一款新型双极化双频段高效率极化旋转器。最后加工并测试了一款由20×20个单元所组成的双极化双频段极化旋转器。测量结果表明,该极化旋转器可以在7.7-13.6 GHz频段内将入射的y极化电磁波转换成x极化;在15.3-22.8 GHz频段内将入射的x极化电磁波转换成y极化,相对带宽分别为56%和40%,平均极化旋转效率分别为98.7%和95.1%,且在工作频段内交叉极化传输系数均大于0.9。