超表面是电磁超材料概念的二维延伸,具有比超材料更低的剖面,更薄的厚度,单元设计更加灵活,更易加工实现等优势。超表面可以灵活有效地操纵电磁波幅度、相位、极化及传播模式等特性。本文主要内容和创新点如下:首先,利用超表面透镜实现对喇叭口径场的调控。针对传统高增益喇叭天线体积庞大,结构笨重的问题,我们提出了一种超薄的超表面透镜,通过在喇叭口径面上加载超表面透镜,使得喇叭内部的球面波转换为平面波透射,从而达到提高天线增益的效果。仿真和实验结果表明:当中心频率为12.5 GHz时,天线峰值增益可以达到24.2 dBi,当中心频率为30 GHz时,天线峰值增益可以达到28.9 dBi。然后,利用超表面结构实现涡旋波束的产生。针对传统光学涡旋波生成器系统庞大以及超材料结构复杂的问题,我们提出一种低剖面的超表面。它由开口环单元构成,可以高效率实现360°范围内的八相位分布,同时实现90°极化旋转。通过阵面补偿相位的设计,实现了传统涡旋波、无衍射贝塞尔涡旋波以及双涡旋波束的产生。最后,设计了一款幅相双控超表面,首次在微波领域实现了艾里波束的产生。超表面由双开口环单元组成,通过提调控开口环几何尺寸以及其旋转角,可以同时控制入射波的幅度及相位。该单元可以在高效实现360°范围内八相位分布额同时,控制其透射效率在0-1之间变化。通过阵面补偿相位的设计,实现了艾里波束和自聚焦艾里波束的产生。