近年来,无线通信系统在军民领域所发挥的作用日益增强,天线作为无线通信系统中的前端,其性能直接决定了整个系统的优劣。然而,受限于天线理论与技术,采用传统结构的天线很难同时兼顾多项性能指标。电磁超表面由于其独特的电磁特性而引起了科学界的广泛关注和研究,并为天线等微波射频器件提供了新的设计思路与研究方向。天线是一种同时散射电磁波、辐射电磁波的特殊结构,使用传统的雷达截面(RCS)减缩方法在降低天线的散射性能的同时也会使天线的辐射性能出现明显降级。而将电磁超表面引入天线的设计可以在天线辐射性能得到最大限度保留的同时使天线的RCS在宽频带内得到有效缩减。本文研究的重点是应用于天线RCS减缩的可重构/高效率极化转化表面设计,分别设计了可重构和高效率极化转换表面,并通过一体化设计将二者分别应用于天线RCS的减缩。本文的主要内容包括:(1)提出了基于PIN二极管可重构极化转换表面的设计方法。通过PIN二极管的加载使可重构极化转换表面可以在极化转换模式和反射模式间切换。在极化转换模式下,可重构极化转换表面可以将入射电磁波的极化方向旋转90°;在反射模式下,可重构极化转换表面可以展现出类似金属板的全反射特性。两端带有贴片电感的偏置线在未影响超表面极化转换性能的前提下实现了对所有PIN二极管的同时控制。此外,文中对可重构极化转换表面的物理机理以及等效电路进行了分析。(2)提出了基于2.5-D结构宽带高效率极化转换表面的设计方法。双层分体式结构以及2.5-D金属条带在拓展极化转换带宽的同时大幅提高了整个工作频段内的极化转换率。2.5-D极化转换表面可以有效地将x极化或y极化入射电磁波的极化方向旋转至其交叉极化方向,其极化转换率大于96%的相对带宽为99.5%。通过软件仿真对超表面的典型参数进行了分析,仿真结果说明所设计的极化转换表面可以应用于种类、尺寸、剖面不同的平面天线。(3)研究了极化转换表面在天线RCS减缩方面的应用。通过分析以及一体化设计,将上述两种极化转换表面分别应用于印刷偶极子天线和圆极化微带天线的设计。印刷偶极子天线可通过PIN二极管在低RCS模式和工作模式间切换。在工作模式下,天线的辐射性能与参考天线相比并未出现明显降级;在低RCS模式下,天线的RCS在宽频带内得到了有效减缩。而基于2.5-D极化转换表面的圆极化微带天线在辐射特性未受超表面覆层结构影响的前提下,在宽频带内实现了单站RCS和双站RCS的同时减缩,在4-15GHz的频带内其单站RCS平均减缩量达到12.97dB。