超构表面(Metasurface)是一种新兴的亚波长人工电磁结构,其特征尺寸小于与之作用的电磁波波长。通过人工设计的结构排布方式和材料组成,超构表面可以在二维尺度上实现传统天然材料与复合材料难以实现的异常电磁响应,将人类调控电磁波的自由度提高到了一个新的层次。因此,超构表面自提出以来就受到了电磁学、光学以及光子学等领域的广泛关注。近年来的研究表明,基于超构表面的功能器件由于其高集成度、多功能化以及轻量化等特点在电磁通讯、计算全息、辐射调控和探测成像等领域相较于传统器件具有独特的优势。虽然近年来针对超构表面的研究已经取得了初步的成果,但由于该领域仍然缺乏普适的设计理论,同时超构表面与电磁波相互作用的机理还不完全明晰,因此,如何进一步提高超构表面器件的工作效率与工作带宽仍然是该领域亟待解决的关键问题。本文围绕电磁波的两个最基本参量——振幅和位相,开展了基于超构表面的电磁波振幅和位相调控技术研究,旨在兼顾超构表面器件固有优势前提下,提升器件的工作效率与带宽,主要研究工作包括以下几点:1、从基本电磁理论出发,通过分析特定形式下超构表面中的电场与阻抗分布,进一步发展了悬链线电磁学模型。利用该数理模型实现了对特定超构表面电磁性能的准确表征和高效分析,为后续部分功能化器件的设计奠定了理论基础。2、针对现有超构表面对电磁波振幅调控效率不高、工作带宽较窄等问题,利用传输矩阵原理、等效介质理论、色散调控理论以及悬链线数理模型设计了一系列针对不同波段的超构表面振幅调控器件。理论仿真和实验结果均证实了所设计器件相较于已报道器件具有明显的优势。3、针对现有超构表面难以实现宽带位相调控的问题,结合悬链线电磁模型,提出了利用非线性位相实现宽带位相调控的设计方法。利用该方法结合优化设计算法,在微波段实现了宽带隐身斗篷与宽带天线。相较于同类超构表面器件,本文所设计器件在增益基本相同的前提下工作带宽提高了两倍以上。4、利用电磁波的本征偏振特性,结合各向异性超构表面的特征响应,提出了两种基于超构表面的功能器件,分别实现了在不同偏振入射下对电磁波振幅或位相的高效调控。通过选择不同的入射偏振态,振幅型功能器件可以同时实现圆偏振二向色性和线偏振二向色性,位相型功能器件可以产生不同轨迹的自加速光束。