超表面是超材料的二维形式,具有比超材料更低的剖面,更薄的厚度,单元设计更加灵活,更易加工实现等优势。为了应对复杂应用环境,拥有极化多样性、结构简单等优势的极化变换器受到了关注。本文主要内容和创新点如下:首先,针对传统圆极化喇叭天线结构复杂、组装复杂、高成本等问题设计了一种圆极化喇叭天线。设计一款透射型线-圆极化转换器,再将其放置在现有线极化标准增益喇叭天线内部,从而实现圆极化喇叭。仿真和实验均表明在28.5GHz-30.7GHz范围内实现了圆极化,3-dB轴比带宽7.4%,实测增益在工作频带内最大降低1.1dB。本设计对原标准喇叭天线的性能影响较小,具有结构和组装简单、成本低的优点。作为延伸,我们还将该方案应用在Ku波段验证其在其他频段的可行性。然后,针对传统高增益天线体积大、馈电网络复杂等问题设计了一种高增益平面透射阵天线。研究和设计了具有相位补偿和高传输效率特性超表面,根据相位补偿的原理设计了平面透射阵天线。仿真和实验结果表明设计的平面透射阵天线仿真的峰值增益达31.68 dB,实测的峰值增益也达到了31.38 dB,口径效率最高为45.2%,1-dB增益带宽为13.1%,3-dB增益带宽为26.6%。最后,针对平面透射阵天线阵面过大导致焦距过高等问题,设计了一种折叠透射阵。由于电磁波在阵列内部进行三次折合反射,其剖面约为平面透射阵的三分之一。仿真和实验均表明峰值增益为25.2 dB,3-dB增益带宽为24.9-29.8 GHz,口径效率为13.8%。为提高折叠透射阵增益和口径效率,设计了一款更易集成的2×2微带贴片阵列天线做为馈源,仿真的峰值增益达29.63 dB,最大口径效率为30.55%。考虑到多极化应用,又验证了一种圆极化折叠透射阵设计方案的可行性。仿真表明在27.3GHz-29.2GHz频段范围内,实现圆极化特性,3-dB轴比带宽约6.7%。