编码超表面引入数字电路中二进制数码“0”和“1”的概念,将超表面与数字编码技术相结合,可方便灵活地调控电磁波,在雷达散射截面缩减、波束调控等方面有着重要的应用前景。本文以反射型编码超表面为研究对象,开展远场反射波束设计编码方案研究,并以此为基础进行超表面结构设计与实现,具有较好的学术价值和工程意义。主要研究内容如下:1.编码超表面远场反射波束数量设计的编码方案研究。首先,基于广义斯涅尔反射定律,通过不同长度的梯度序列组合,提出一维序列的编码方案,可实现相应平面内反射波束数量的设计;之后,在编码超表面远场散射理论的基础上,提出1-bit加法规则,将相互正交的两组一维序列相加得到新的序列,其远场反射波束数量为原两组序列反射波束数量的乘积,仿真结果与理论分析一致。2.编码超表面远场反射波束角度设计的编码方案研究。首先,在2-bit超表面单波束反射编码研究的基础上,根据特定的反射角度需要,利用2-bit加法规则,将两个2-bit单波束序列进行叠加,可实现编码超表面单波束反射角度的设计;之后,利用复加法定理,将多个2-bit单波束编码序列进行叠加,可获得不同角度的多波束反射,实现反射波束数量和角度的控制,仿真结果与理论分析一致。3.基于1-bit编码的多波束反射超表面结构设计。首先,采用金属小棒结构,通过结构旋转,得到反射相位差为180°的2个超表面单元;之后,设计反射波束分别为4束和3束的两组一维序列,利用反射波束数量设计的编码方案,完成一款由12×12个栅格组成的超表面结构设计。仿真结果表明,在较宽的频段(8.8～21.8GHz)内,该超表面将两组序列的反射波束进行组合,反射波束数量为12束。4.基于2-bit编码的双波束反射超表面结构设计与实现。首先,通过六边形箭头结构参数调整与优化,得到反射相位间隔约为45°的8个超表面单元;之后,根据需要,完成反射方位角分别为90°和315°的两组序列设计,利用反射波束角度控制的编码方案,完成一款由20×20个栅格组成的超表面结构设计与制作。测试结果表明,在工作频点28GHz处,该超表面的反射波束为2束,方位角、俯仰角分别为90°、28°和315°、29°,测试与仿真结果基本一致。