编码超表面是一类从数字信息的角度对其进行表征、分析和设计的电磁超表面,是传统超材料的数字信息化发展。该方法简化了设计流程,扩大了调控范围,并将传统信号处理中的一些算法应用于超表面的设计,带来全新的调控功能与物理现象。自2014年编码超表面概念首次被提出以来,人们在空间维度上对超表面做了非常深入地研究,取得了一系列激动人心的成果,如波束偏折、全息成像、超薄透镜、随机表面等。本文在时间维度上研究了一种全新的编码超表面--时域编码超表面,从理论推导、数值仿真、加工制造、实验验证等角度全面深入地研究了其灵活调控电磁波的机理,并讨论分析了其在通信领域内的全新应用形式。主要研究内容和贡献概括如下:·提出了时域编码超表面的全新概念及其理论与设计方法。详细讨论了具有时变电磁特性的编码超表面对电磁波调控机理,并揭示了出许多全新的物理现象,如频谱调控、非线性谐波生成、频率转换等。在实验中设计了一款加载变容二极管的反射相位可调超表面,其反射相位取决于变容二极管两端的偏置电压。利用定制的控制系统平台输出特定的变容管偏置电压波形,通过实验发现,超表面可对反射波的各阶谐波幅度进行调整,验证了理论预测的准确性。·基于傅里叶变换理论中的时移特性,通过将时域编码超表面的控制信号进行适当的延时,提出了一种独立调控谐波幅度/相位的方法,并与传统空间编码相结合,实现了电磁波特定的谐波方向图与强度的独立调控。在实验中,我们设计了一款加载变容二极管的反射相位可调超表面,通过加载不同的控制信号并观察其散射特性及频谱特性,证明了反射波谐波方向图与强度独立调控的可行性。·提出了一种基于时域超表面的高效率频率合成方法,利用线性变化的反射相位,以实现对特定谐波的高效生成,同时极大的抑制其它谐波。在实验中,以能量转化效率,即所需合成谐波能量占电磁波总能量之比,作为衡量超表面频率合成性能的指标。实测结果显示其对电磁波的能量转化效率比之前同类产品有了巨大提升。·提出了一种基于时域编码超表面的简化无线通信发射机架构,在该架构下只需使用时域编码超表面以及单音载波激励就能实现信息调制与传输。通过理论分析推导出时域编码超表面信息调制的基本原理,分别设计了两款不同调制方案的新架构无线通信发射机,验证了其信息传输功能并测试了相关通信性能指标。最终结合传统通信技术,在实际室内场景中实现了视频流的实时无损传输。·提出了一种利用时域编码超表面实现多调制方案无线通信的方法。利用连续线性变化的反射相位分布结合傅里叶变换的时延特性生成了多种基带信号在载波上的调制,具有很高的能量转换效率。该方法只需使用反射相位可调的时域编码超表面就实现了高阶调制方案,降低了超表面的设计难度。最终在实验中利用时域编码超表面实现了三种调制方案下的无线通信,并分别对其通信性能进行了讨论分析。