作为一种新兴的电磁材料,超表面近些年来从光学领域引入到微波、毫米波以及太赫兹波段,由于其具有体积小、剖面低和出色的波前调控能力等优点,使得基于超表面的电磁波调控器件技术得到了飞速发展。超表面是由人工设计的亚波长尺寸的单元结构所构成的平面阵列,这种亚波长尺寸的人工单元结构可以被看作超表面的功能基元,可以实现对电磁波传播的基本特性（如极化、幅度、相位等）的灵活调控;超表面的人工序构,是将功能基元按照人为设定的方式进行有序排列,可以对功能基元间的干涉和耦合效应进行调控;通过功能基元与人工序构的协同作用,超表面可以实现对电磁波远/近场特性的高性能、多功能调控。微波超表面在无线通信、无线能量传输和信息存储等领域有着重要的应用前景,基于超表面的微波段远场与近场调控器件的研究已经取得一定的进展的同时,也存在着诸多挑战。本论文针对超表面功能基元构建、人工序构优化以及功能基元与人工序构协同关联作用机制等问题展开系统性研究,以高性能、多功能调控机理为目标的功能器件设计方法,提出一系列电磁波远场波束和近场能量分布调控的新型超表面,为实现超表面在远场和近场调控中的潜在应用奠定基础。首先,系统地分析了超表面对远场波束和近场能量分布的调控机理。基于Floquet理论,以周期性超表面对不同阶数衍射波的调制作用为出发点,从理论上探索用于远场波束调控的周期性超表面的设计方法;此外,以光学计算全息算法为基础,通过用格林函数替代经典全息算法中的夫琅和费衍射传播公式并引入了权重因子,获得了灵活、高效近场能量分布调控的新方法,为实现超表面在微波段近场无线通信及无线能量传输等领域中的应用奠定理论基础。其次,提出了基于修正几何相位理论和极化合成理论的圆极化逆向反射器,为超表面对斜入射圆极化波的调控能力提供了有效的方法。基于谐波调制理论对双通道逆向反射器人工序构进行优化,分别实现了基于修正几何相位理论的具有圆极化入/反旋向保持特性的超表面逆向反射器,和基于极化合成理论的具有圆极化旋向切换特性的超表面逆向反射器,并对各个极化和通道下的高效逆向反射进行了实验验证。然后,利用微波段全息算法中的权重因子对超表面的人工序构进行优化。基于惠更斯原理设计了一种具有完美透射效率和360°相位全覆盖的惠更斯超表面功能基元,实验证明,通过对超表面的编码人工序构进行优化,实现了透射近场中的高质量的多焦点全息成像和不同焦点间能量分配的调制。通过嵌入有源器件设计了反射相位覆盖接近360°的可调超表面功能基元,实验证明,通过外部控制电路对超表面的人工序构进行动态的优化,可以实现动态、无色差的近场调控,使得超表面的功能得到进一步扩展。最后,综合优化几何相位与传输相位,以具有多通道复用特性的功能基元优化为目标,对拓展超表面信道容量展开研究。遵从能量叠加利用的原理,结合几何相位与传播相位,构造了能同时调控透射场中同极化和交叉极化分量的功能基元。实验证明,该方法可以在透射场中实现基于极化状态的双通道近场多焦点汇聚功能。此外,采用极化和频率全复用的方法,构造了能对不同频率不同极化电磁波进行独立调控的功能基元。基于该功能基元构建的超表面在极化和频率全复用的六通道上获得了高质量的全息成像,为多通道、高容量的近场全息调控提供了可行的方案。综上,本文的研究内容针对基于超表面的远/近场调控器件在实际应用中所存在的问题,以理论研究、模型优化、仿真设计与实验验证紧密结合,从功能基元的构建、人工序构的优化到功能基元与人工序构的协同作用机制开展了一系列研究和实验测试工作,为基于超表面的远/近场调控器件的潜在应用提供了坚实的理论基础及应用指导。