近年来,毫米波/太赫兹技术的研究和应用获得了越来越多的关注。毫米波/太赫兹频段具有绝对带宽大、波长小的特点,可用于高速/超高速无线通信系统、小型化高清成像雷达等。此外,太赫兹还在安全检查、物质识别和医学成像等方面有广阔的应用前景。在各种毫米波/太赫兹系统中,电磁能量的收发器件直接决定着系统的性能,比如通信容量、传输距离以及成像质量等。目前这类器件主要包括抛物面天线、介质透镜天线、抛物面反射镜等,但是这些器件体积大、重量重、结构非平面,同时对加工精度要求高,所以它们很难被应用在结构紧凑的毫米波/太赫兹系统中。相比较而言,基于周期结构的超表面器件,如反射阵、透射阵天线和平面反射镜等,不仅拥有传统抛物面天线和透镜馈电损耗小及易于实现高增益等优势,而且又具有设计灵活、体积小、易加工、低成本等特点,非常适合毫米波/太赫兹频段的应用。因此,对基于周期结构的超表面毫米波/太赫兹透射与反射器件进行研究,并充分发掘它们潜在的技术优势和应用就显得尤为重要。基于以上目的,本论文主要研究了毫米波/太赫兹高增益透射阵天线、频率控制的太赫兹焦点扫描反射镜以及太赫兹波束分离器等基于周期结构的毫米波/太赫兹透射与反射器件,并讨论了它们的潜在应用。论文的主要工作和创新点如下:1.针对毫米波和太赫兹高增益天线对加工精度要求高、成本高等难题,分别提出了基于3D打印和印制电路板(PCB)工艺的新型透射阵天线,最终实现了毫米波/太赫兹高增益天线,以及频率控制的波束扫描天线。首先,本文设计了一类基于3D打印技术的毫米波透射阵天线,通过在介质柱单元与空气的交界面设计周期性的匹配层能够提升单元的透射效率,从而提高天线的增益,设计的透射阵在60GHz实现了23.5d Bi的增益。之后,将多频点匹配的方法应用在频率控制的波束扫描透射阵的设计中,在60GHz频段实现了15°的频控波束扫描。将此设计方法和加工方式拓展到太赫兹频段,实验结果表明设计的固定波束和频率控制波束扫描的3D打印透射阵天线在275GHz频段分别实现了27d Bi的增益和12°的波束扫描。然后,设计了两种结构简单且容差能力强的平面太赫兹透射阵单元,它们分别拥有两层和三层金属结构,利用常规的PCB技术制备了对应的双层和三层太赫兹透射阵天线,测试结果显示两种平面太赫兹透射阵天线在250GHz分别实现了28.8d Bi和28.7d Bi的增益。2.从快速成像的要求出发,提出了3种频率控制的太赫兹焦点扫描反射镜,为基于频率控制的太赫兹快速成像提供了有效的解决方案。首先,针对一维焦点扫描反射镜,通过分析反射镜阵面上不同位置所需要的相位-频率曲线与焦点扫描范围的关系,揭示了频率控制的焦点扫描反射镜的工作原理。本设计中利用一种双谐振单元对阵面上不同位置进行相位补偿,设计的反射镜在225~300GHz频段实现了8mm的焦点扫描范围,同时也探索了利用此单元实现纵向焦点扫描和宽带无色散聚焦的情况。进一步地,为了拓展焦点扫描反射镜的适用范围,本文设计了一种二维焦点扫描反射镜,因其所需相位的变化范围远大于一维的情况,故设计了一系列三谐振结构单元来对阵面进行相位补偿,其结果显示在225~300GHz频段内,设计的反射镜实现了单频段控制的二维焦点扫描。最后,为了增大焦点扫描的区域,提出了一种双频段二维焦点扫描的方式,其中低频段为220~260GHz,高频段为370~430GHz。在本设计中,两个频段内的反射相位分别由单元内的不同结构控制,所以两个频段内焦点位置可以被独立控制。在此基础上,设计的反射镜,在两个频段分别实现了一维的焦点扫描,从而将两个频段的焦点组合覆盖了更大的二维区域。3.提出了两类具有波阵面调控能力的太赫兹波束分离器,完善了太赫兹波束分离器的体系,使得各种太赫兹系统的设计更加灵活。第一类为透射反射混合式波束分离器,即所分离的波束分别工作在透射和反射状态。本文提出了两种单元来实现相应的功能,由第一类单元组成的分离器能同时控制透射和反射波的方向。之后,在第一类单元的基础上,提出了一种能独立调制透射和反射相位的四层单元。基于所提出的单元所设计的分离器工作在250GHz,实验结果显示其反射波被偏折至20°方向,透射波则在近场被聚焦,实现了独立控制透射波和反射波波阵面的目的。第二类为透射式波束分离器,即所分离的波束都工作在透射模式下。阵面是由一种四层金属结构的透射阵单元组成,对于x和y极化的入射波,它们的透射相位分别由单元的不同参数控制。利用微加工工艺制备并测试了基于所提出单元的透射式波束分离器,测试结果显示在1THz频率,x极化的电磁波被偏折至xz平面的25°方向,y极化的电磁波被偏折至yz平面的30°方向,在透射模式下实现了将不同极化的入射波分离的目的。此外,本文还研究了此四层单元作为极化转换器的应用。基于此单元设计的两类极化转化器在1THz分别实现了线极化到圆极化的转换和线极化到其交叉极化的转换,并且利用实验验证了设计的有效性。