如何实现对电磁波的任意控制,是电磁学领域一直以来备受关注的课题。传统的波前控制器件是通过电磁波在传播路径上相位变化的累积来实现的,通常体积庞大且损耗较高。相反,如果通过超表面引入突变相位来实现对电磁波波前的控制,则会突破器件体积的限制。本文中结合梯度相位理论和Pancharatnam-Berry(P-B)相位理论设计出一种透射型周期结构超表面来控制电磁波的散射相位,以实现对电磁波传输的高效人工调控。首先,本文针对高效人工电磁表面单元进行研究,探讨了设计高效率单元结构的方法。这里效率指的是透射波中交叉极化波与入射波能量的比值。从单层金属结构出发,研究单层金属线结构、工字型结构、U型结构对电磁波极化特性的改变能力,并与双层金属结构的极化扭转能力进行对比,验证所提出的高效人工电磁媒质单元设计方法的有效性。同时利用Pancharatnam-Berry(P-B)相位原理,以双层金属线阵列结构、开口谐振环结构及环形结构为基本单元,获得梯度变化的突变相位,并对双层开口谐振环结构进行加工和测试,实验结果、仿真结果均与理论值吻合。其次,基于上述所设计的高效人工电磁媒质单元,设计了金属线阵列超表面透镜、开口谐振环超表面透镜、环形结构超表面透镜,结合相应的空间相位分布,对于垂直入射的圆极化电磁波,各透镜均产生了预期的传播方向偏转效果,同时测试结果与理论值相吻合。另一方面,根据P-B相位原理以及能够提供突变相位的超表面单元,复现轴棱镜的相位轮廓,从而得到具有电磁波汇聚功能的微波透镜。本文所提出的人工电磁媒质透镜在提高相位非连续人工电磁超表面交叉极化波转化效率的同时,可以保证其厚度相对于工作波长超薄的特性,使得基于此设计的电磁波人工调控器件更具有工程实用价值。