在电磁学领域内,如何自由地调控电磁波的散射特性一直是一项极具挑战性的研究课题。传统光学器件主要通过调制动力学相位的形式实现波束操控,这种方式必然对器件的结构、外形和体积存在一定的限制,导致系统复杂度高、加工难度大、难以实现微型化和集成化。超表面概念的提出打破了这一限制,为电磁散射调控提供了新的研究方向。微波频段内,利用超表面实现对相位、振幅和极化等电磁波特性的自由调控,在军事和民用领域都有重要的研究价值和应用前景。军事方面,基于超表面的虚拟赋形技术可以改变目标体的电磁散射特征,从而误导雷达的探测和感知;基于超表面的反探测技术可以使目标的电磁波散射到其他方向,从而降低雷达探测区域的信号强度。这两种方法都能利用超表面的电磁散射调控特性,提高军事装备的隐身水平和战场生存能力。民用方面,基于超表面的波束偏折、极化控制等特殊的电磁性质,可以设计实现具有高方向性、定向辐射、低RCS等特点的天线;另外,超表面的电磁散射调控特点有利于替代传统相控阵天线的移相器,实现民用相控阵的低成本和小型化,为智能驾驶和5G通信等技术提供有力的支持。本文主要以反射式电路相位型超表面为对象,系统地研究了超表面的电磁散射特性及其共形设计。第一点,基于超表面的等效模型、散射场、阻抗匹配原理以及电磁耦合特性,分析了影响超表面相位调控和散射调控的主要因素;其次,创新性地将阵列理论应用于曲面结构,形成了可指导曲面超表面电磁散射调控的广义阵列理论,并利用遗传算法实现了曲面超表面散射调控的优化设计;最后,基于几何光学分析了电大尺寸开口腔体结构的强后向散射特征,并为抑制腔体后向散射提供了一种新的途径,即在腔体内壁加载漫反射式超表面,该方法可以有效地实现宽频、宽角域的腔体后向RCS缩减。关于面超表面的散射调控方面,本文根据阻抗匹配条件以及等效电路法,在图形结构、材料参数以及厚度方面优化了超表面基本单元的相位调控能力。在此基础上,利用阵列理论和遗传算法实现了不同阵列、不同散射的平面超表面,并表现出较好的散射调控效果。对于单瓣散射调控情况,利用40×40阵列结构在[0°,60°]的散射角度范围内实现精准、高效的定向散射;对于复杂散射调控情况,实现了宽带的三瓣散射调控,并通过实验验证了该设计在8.7GHz到11.3GHz范围内,散射波动幅度控制在3dBm~2以内,具有较好的宽带一致性。关于曲面超表面的散射调控方面,本文在传统阵列理论的基础上引入了非平面结构的相位因子,使阵列理论的适用范围扩展至曲面结构,并依此设计了具有较高散射调控能力的曲面超表面,在两种极化形式下,使该超表面的正向散射强度从4.6dBm~2和2.8dBm~2分别提升至17.8dBm~2和17.2dBm~2。考虑到曲面和平面、正向和斜向散射调控之间的差异,根据麦克斯韦方程和曲面结构的散射场,分析了超表面散射调控的主要影响因素:当超表面的入射与异常反射间的夹角增大,会导致表面阻抗匹配变差,从而导致寄生反射增强,散射调控效果恶化。关于电大开口腔体结构的后向RCS减缩应用方面,本文提出了漫反射式的RCS减缩设计思路:通过在腔体结构内部加载漫反射式超表面,从而有效地抑制角反射结构的镜面反射,使大部分电磁能量散射到雷达的非探测区域,达到腔体后向RCS缩减的效果。在X波段,通过仿真和实验证明了该方法对于不同高度的腔体结构都具有RCS缩减效果,在[10°,60°]的角度范围内腔体单站RCS平均降低10dB。综上所述,本论文针对超表面的电磁散射调控特性、共形设计以及腔体RCS缩减方向的应用进行了深入研究,从原理上对超表面的电磁散射调控机理及其影响因素进行了分析,对实现超表面的高效、共形和RCS缩减方面具有指导意义。