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随着通信的高速发展以及5G的到来,人们对于电磁波传播的要求越来越高,在卫星通信、天线等军事领域尤为明显。其中,要想控制电磁波的传播,对电磁波极化调控的研究必不可少。因此,如何简单、高效地操控电磁波的极化状态在军事领域以及现代通信领域都至关重要。超表面是一种具有亚波长尺寸的二维超材料阵列平面,研究发现,通过设计它的单元结构和排列方式可以实现电磁波的极化调控,而且具有尺寸小、应用范围广以及易于集成等优势。本文基于反射型超表面提出了两种具有超宽带特性的极化转换器。此外,通过优化超表面的结构,设计了三种具有不同极化调控功能的超表面,具有设计灵活、功能多样化的优势。不仅如此,还基于透射型超表面提出了一种具有宽频带特性的带通滤波器,达到了非常优良的滤波性能。具体的研究内容如下:1.首先研究了极化调控的相关电磁理论,并对反射型超表面实现极化调控的原理进行了分析。在此基础上,基于反射型超表面提出了两款超宽带特性的交叉极化转换器。仿真和相应的实验结果表明,这两种极化转换器可以分别在18GHz和14GHz以上的频带范围内实现高效率、高性能的交叉极化转换,极化转换率(PCR)在95%左右,具有重要的应用价值。2.提出了三种具有不同优异特性的极化转换超表面。第一种超表面可以实现线-圆和线-交叉极化转换的功能,在Ku波段内实现了将垂直入射的线极化波转换为右旋圆极化波,-3dB带宽达到了5.35GHz(12.95-18.30GHz);在频带范围25.50-30.42GHz内实现了PCR近似100%的线-交叉极化转换。第二种是具有频移特性的极化转换超表面,通过改变超表面的结构参数,可以实现工作频带从X波段到Ka波段的频谱蓝移。不仅如此,随着结构参数的改变,频带范围越来越宽且PCR越来越高,在Ka波段内的22GHz频带范围内PCR的最小值在95%左右;第三种是具有双频带特性、高效率的极化转换超表面。这三种超表面极大地扩展了超表面实现极化转换功能的多样性,在天线设计、雷达、卫星通信等相关领域具有广阔的应用前景。3.基于透射型超表面设计了一款具有宽频带特性的带通滤波器,该滤波器由上下两层的金属贴片和中间的介质基板组成,两个金属贴片均为开一个小口的椭圆环。仿真结果表明,该滤波器可以在Ku波段内实现优良的滤波性能,-3dB频带为9.25-15.42GHz,相对带宽达到了50%。此外,该滤波器还具有结构简单、调试方便等优势,在工程器件中具有重要的应用。