随着5G技术和大规模集成电路技术在无线通信系统中的应用,天线作为无线通信系统的重要组成部分,需满足用户对高传输速率、通信质量以及电子设备轻便化的要求。相比线极化天线,圆极化天线能够抗多径干扰,减小极化畸变造成的影响,提高通信系统的效率和稳定性。将能对电磁波进行灵活调控的超表面运用到圆极化天线设计中,可以在保留圆极化天线优点的同时,给天线性能做加法。因此,开展对圆极化超表面天线的研究有着重要价值。通过特征模理论可以在无源情况下,清晰地掌握天线的工作机理,从而减少天线设计的盲目性。鉴于特征模理论的指导作用,本文利用特征模理论对超表面进行分析,在此基础上分别设计了具有宽带和小型化特点的圆极化超表面天线。研究工作如下:1.基于特征模理论分析设计了一种工作于C波段的宽带圆极化超表面天线。首先通过周期性超表面单元的反射特性,掌握单元宽度、单元间距以及介质基板厚度对天线谐振频率的影响,初步确定超表面单元的尺寸。接着利用特征模理论分析超表面的演变过程,解释所设计天线实现圆极化原理的同时对天线性能也做了预测。在设计馈电结构激励两目标模式的过程中,结合特征模式分析和地板电流分布发现,通过将地板上的缝隙旋转一定的角度可以有效提升两模式中间频段的模式显著性,从而拓展轴比带宽。这种模式补偿方法为宽带圆极化天线的设计提供了新的思路。最终该天线实现了31.4%的相对阻抗带宽和17.1%的相对轴比带宽。天线的实测结果、仿真结果以及理论分析结果基本吻合。2.基于特征模理论设计了一种小型圆极化超表面天线。对比几种超表面单元的反射系数,提出了沿x轴和y轴对称加载枝节的小型化超表面单元结构。通过特征模式分析天线的圆极化性能并探究加载枝节长度对模式频率和相位差的影响,验证了加载枝节,增加超表面等效容抗,降低天线谐振频率的可行性。随后对比三种小型化超表面天线的性能,进一步确定超表面单元的枝节加载方式。在不牺牲天线增益性能的情况下,该天线有着26.7%的-10d B阻抗带宽以及11.3%的3d B轴比带宽,相比未加载枝节的超表面天线,电尺寸减小了32%。此外,对天线进行了加工与实测,该天线的实测结果和仿真结果呈现出较好的一致性。