人工极化调控超表面是电磁超材料的其中一种形式,极化调控超材料是通过控制超材料的电磁谐振特性来实现电磁波的极化调控功能。传统电磁极化调控器件具有剖面高、极化模式单一和极化转换效率不高等不足之处,极化调控超材料的出现正好解决了这类问题,成为了设计高性能极化调控器件的一种新技术途径。针对传统极化材料存在的问题,本论文以电磁波在各向异性超材料中的电磁谐振为研究对象,对各向异性超材料的极化调控特性及其物理机理进行研究,分别设计了宽带型,多频型和可重构的极化调控超表面,并针对线极化波进行了传输特性分析,通过实验验证了所设计的极化调控超表面的性能。本论文的主要研究内容和创新点如下:设计了宽带的基于Fabry–Perot谐振腔的透射型极化调控超表面,根据极化调控超材料的电磁特性分析,采用了表面电流和斯托克斯的分析方法分别分析了电磁谐振点的物理机理和高效率极化转换的原因,并用数学方法描述了电磁波在金属层之间的电磁波反射特性,为多频、宽带和可重构极化调控超表面的设计提供了理论指导。设计了一款三频带极化调控超表面,根据极化调控超材料的电磁谐振特性,在分析过程中建立了等效电路图,获得了等效电路参数、结构参数和谐振频率之间的关系模型,为设计多频、宽带以及可重构类型的超表面提供了分析设计方法。设计一款可重构的极化调控超表面,通过在极化调控超表面的表面加载PIN二极管来实现不同极化调控功能间的动态调控。当二极管为OFF状态时,所设计的极化调控超表面实现宽带的线极化到圆极化的调控功能,当二极管为ON状态时,该极化调控超表面实现双频的线极化到就交叉极化的调控功能。根据二极管不同状态时的等效电路,本文设计仿真了实现不同极化功能时等效电路,建立了等效电路和结构参数之间的关系模型,为解释可重构极化调控超表面的物理机理提供了分析方法。在论文中将线极化到圆极化的极化调控超表面和线天线相结合,设计了一款加载天线的极化调控超表面,仿真数据呈现良好的轴比和驻波特性,证明有效地辐射了圆极化波。虽然电磁波有微小的绕射,但是对加载天线的极化调控超表面的性能没有造成太大的影响,在微波通信系统中发挥重要的实际应用价值。本论文的研究工作深入探讨了各向异性极化调控超材料的物理机理,从不同角度为所设计的几款极化调控超材料进行分析,丰富了极化调控超材料的设计和研究体系,对设计宽带、多频以及可重构类型的极化调控超表面具有一定的借鉴作用。