超材料是一种新型人造材料,它的主要特点是尺寸远远小于工作波长。超材料的物理性质不依赖于材料的参数,而是取决于人工设计的结构,超材料与电磁波作用时可以产生一些天然材料无法产生的奇特物理现象。超表面是超材料的二维形式,电磁特性和超材料一致。与三维块状的超材料相比超表面是超薄材料,弥补了超材料体积大、不利于集成的缺点,目前被广泛的研究。随着集成系统的飞速发展,对超表面的研究不仅停留在实现单一的频率和功能,而延伸到利用简单的结构可以同时实现多频率和多种不同的功能。本文主要对多频段超表面进行研究,通过分析几何相位超表面的调控原理,提出了两种四频段超表面。主要工作内容如下:1、设计了一种透射型四频相位独立调控超表面,透射幅度在0.45左右。在四个工作频率下设计了四个不同的功能,包括:单聚焦涡旋光束生成器、双聚焦涡旋光束生成器、全息图和聚焦透镜。对设计的超表面阵列进行了全波仿真验证和实际测试,测试结果与仿真结果基本一致。结果验证了设计的透射型超表面阵列调控电磁波的能力。2、设计了反射型四频相位独立调控超表面,反射幅度保持在0.85左右,相对于透射型单元,反射型单元的反射幅度较高。基于该单元设计了一维波束偏折阵列和一维聚焦透镜阵列,以验证单元性能;然后设计了二维聚焦型涡旋波束生成阵列,在四个频率下分别产生携带不同模式数的涡旋波束。通过理论计算和全波仿真对设计的超表面阵列进行了验证,仿真结果与预设结果十分吻合。本文设计的四频超表面对于通信系统拓展信道带宽提高系统容量有重要意义。