人工电磁材料是由周期排布的亚波长单元结构形成的人工复合结构或复合材料。由于它具有天然材料所不具备的奇异电磁特性,并可用于产生如异常反射、折射等新颖物理现象,近几年来逐渐成为电磁场领域的研究热点。电磁超构表面为人工电磁材料的二维形式,它具有重量轻、体积小、易于设计等优点。电磁超构表面在分界面上引入了具有相位突变特性的谐振单元,从而能够根据设计的空间相位分布灵活地调控电磁波的传播特性。本文主要开展了利用超构表面对自由空间电磁波进行散射特性调控的研究工作。通过设计具有特定相位和幅值响应的超构表面单元结构,并根据预设的散射效果设计超构表面的空间相位分布,我们实现了对电磁波散射特性的宽带调控。本文具体工作如下:1、基于各向异性电磁超构表面,我们设计出具有多功能的平板抛物面天线,包括极化可切换的平板抛物面天线和具有低散射特性的平板抛物面天线。极化可切换的平板抛物面天线工作在X波段,它能够根据馈源旋转角度实现出射电磁波在线极化、左旋圆极化和右旋圆极化之间切换的功能。低散射平板抛物面天线由具有各向异性电磁特性的基本谐振单元(正交的“I”字形结构)组成。通过改变单元结构的几何参数,可实现对单元结构相位响应的全面调控。通过分别设计反射型超构表面在x极化和y极化方向上的空间相位分布,使得超构表面在x极化方向实现高方向性抛物面天线功能,同时,在y极化方向上实现随机散射功能,以降低抛物面天线的背向雷达散射截面。2、基于随机表面的设计原理,我们研制了多款宽带编码低散射超构表面,用于目标物体的背向雷达散射截面缩减。将具有宽带电磁响应的单元结构按照计算机产生的伪随机序列,依次分布在有限尺寸平面内,在宽带内,可实现背向散射10dB以上的缩减效果。此外,针对特定的视觉窗口应用背景,如船舶、军用车辆上的玻璃窗户,我们还设计了具有光学透明特性的微波宽带随机散射超构表面,可同时用于视觉观察和电磁隐身效果。在该类超构表面中,我们以透明导电氧化物代替传统的铜材料,以柔性透明的介质板代替普通电路板材,同时实现了光学透明和电磁散射特性调控的功能。仿真分析和实验测量均验证了该超构表面的宽带散射抑制能力。