基于全息原理的超表面圆极化天线,通过构建源场和目标辐射场形成的干涉平面,能够实现不同功能的电磁波辐射特性,这种多功能的超表面结构能够被广泛应用于电磁隐身、导航、卫星通信等场景。论文对本文的研究背景、研究意义以及相关的国内外研究现状进行归纳总结,并推导了论文的相关基础理论。同时,以基于全息超表面的共形设计为题,重点研究了柱面/球面全息超表面天线,并对其辐射特性进行了进一步的分析研究。论文的主要研究内容如下:1.针对全息超表面的阻抗调制原理及辐射机理分析。详细讨论了全息阻抗调制的基本原理,给出了全息原理、表面波和表面阻抗的定义,并且详细推导了周期结构的谐波理论以及正弦阻抗调制表面理论,这些内容都是本文的研究基础。之后详细描述了全息超表面天线的辐射机理,阐明了在全息阻抗表面上表面波转换为漏波辐射的条件。然后分别介绍了圆形金属贴片的各向同性和圆形金属贴片开斜缝的各向异性单元阻抗提取过程,给出它们在15 GHz时物理特性与阻抗特性间的映射关系。2.基于全息原理的柱面全息超表面圆极化天线研究。提出了一种全新的H型缝隙圆形金属贴片各向异性单元,并将其应用于共形全息超表面天线的设计,可实现较高的口径效率与圆极化纯度。首先,推导了在柱形曲面上辐射圆极化波的阻抗调制表达式,使得当用单极子馈源产生的表面波照射超表面结构时,各向异性阻抗单元能按照设计的参数改变电磁波的幅值和相位,在柱形曲面的任意方向上辐射高纯度的圆极化波束。其次,我们从天线的具体性能参数入手,分析了15 GHz时柱面全息超表面天线在曲率半径固定时的波束扫描特性和曲率变化时的圆极化辐射特性,天线的圆极化纯度达到98%以上,仿真口径效率达到27%。为了验证理论分析以及仿真的正确性,加工并测试了曲率半径为75 mm时柱面全息超表面天线的辐射特性以及口径利用率,仿真和测试的数据均表明,我们所设计的柱面全息超表面可以使入射的表面波转换为高纯度的圆极化波辐射。3.基于全息原理的球面全息超表面圆极化天线研究。提出一种基于干涉场叠加原理的全息超表面阻抗调制公式,并将其应用于球面共形全息超表面结构上,可以实现任意方向上的双圆极化双波束辐射。首先,针对在一维方向上补偿目标辐射场相位的柱面共形情况,我们在将共形曲面拓展到二维方向上补偿相位的球面。通过推导基于干涉场叠加的全息超表面阻抗调制公式,实现在球面上辐射双圆极化双波束。其次,通过改变阻抗调制方式中的参数,球面全息超表面天线能够实现在任意方向上的双圆极化双波束辐射,天线辐射波束的圆极化纯度达到97.5%以上。针对我们提出的设计原理,给出了相对应的仿真案例,案例中的超表面天线均实现了对表面波的完美调控。