超材料作为一种新型人工合成的电磁材料,相比于自然界中的材料,具有着其所不具备的独特性质。在近几十年的研究中,超材料应用于多个领域,例如实现波束汇聚,电磁波极化转换,电磁隐身,频率选择等。超表面相比于超材料具有体积小、低损耗、低成本的优点,得到了人们广泛关注和研究。相位梯度超表面作为超表面的一个重要部分,通过使用不同相移的亚波长单元在空间按照一定规律排布,从而形成在平面内具有相位梯度的各向异性超表面。由于采用了预先设定的渐变周期单元实现相位梯度,可以对电磁波传播的自由调控。本文以相位梯度超表面对电磁波的调控为研究目标,开展了对反射型及透射型相位梯度超表面的特点的及优化方法的研究,并使用频率选择表面将两种相位梯度超表面进行结合形成新型相位梯度超表面,对其应用进行了设计和仿真,实现了对电磁波的灵活调控。具体内容安排如下:本文在第一章绪论部分对超材料,超表面以及相位梯度超表面进行了介绍,并回顾了国内外学者对相位梯度超表面的研究。最后对文章研究内容进行了介绍。第二章首先介绍了广义斯涅耳定律,接着介绍了天线的一些基本参数概念并对相位补偿方法进行了介绍。最后进行了利用相位梯度超表面对电磁波调控的两种应用的理论介绍。第三章首先设计了一种十字单元反射型相位梯度超表面单元,分析其单元性能并利用单元组成阵列,以喇叭天线作为馈源,实现了反射方向上的波束汇聚性能。接着研究了透射型相位梯度超表面单元,针对单层单元透射系数低,相位覆盖角小的缺点,分别使用了多层结构以及使用金属销钉连接上下层两种方法,实现了宽相位覆盖角和高透射率,并分别将两种单元组成阵列,实现了透射方向上波束汇聚的性能。第四章利用频率选择表面替代了传统反射型相位梯度超表面的金属地面,实现了反射与透射型相位梯度超表面的结合,最终设计了一款双频双向相位梯度超表面单元。使用喇叭天线作为馈源,通过组阵使其具有两个工作频段并且在两个频段内波束分别可以在反射及透射两个方向上实现汇聚。最后对设计的双频双向相位梯度超表面进行了加工测试,测试与仿真结果基本吻合。第五章利用第四章所设计的单元通过合理相位配置设计了两款阵列,第一款阵列实现了双频双向双模式数轨道角动量波的产生,第二款阵列实现了具有RCS缩减和波束汇聚的性能。