微波成像作为微波学科的一个重要研究方向广泛应用于安检成像系统、医学成像,拥有广泛的用途,超表面因为其体积小、重量轻、对波束调控能力强等一系列优点成为微波甚至是光学领域的研究热点。传统的微波成像系统,透镜体积大、重量大,用超表面取代微波成像传统介质透镜有很大的潜力。一般成像系统的透镜因为固定焦点,均采用机械扫描的结构,不仅增大了成像系统的体积,实时性也不高,即使是现存的可重构超表面,也多为频率可重构即频率分集超表面,因为利用了单元的不同频率响应特性,效率会比较低,而且辐射场的自由度也是有限的、在相应频点是固定的。可编程超表面的出现提高了对超表面控制的自由度,而现有的可编程超表面几乎均不可同时独立控制每个单元,只能分时控制一行或者一列,大大降低了超表面的性能,甚至完全难以应用于成像。本研究中的可编程超表面可实现和相控阵相似的效果,并且没有复杂的移相器网络,易于维护,成本也被大大降低。传统的聚焦超表面一旦制作完成,焦点、焦距、工作频段等特性均无法改变,而可编程超表面将超表面的自由度提升到了最大。本文研究了一种用与X波段微波成像的可编程调相超表面,使用环形缝隙反射单元,单元周期10mm,在通过编程改变单元上的PIN二极管的通断状态时,反射系数模值接近1且几乎相等,实现了0和180的相位反转,并且研究了过孔和走线对单元的影响,从而使用合理的布线方式降低影响。使用等效电路法在理论上分析了单元,有助于对单元工作原理的分析。阵列的相位分布计算原理是波带片原理,按照程序计算产生的相位分布可以形成想要的辐射场,通过不同的相位分布组合可以实现任意位置的聚焦。超表面由34×34个单元组成,超表面边长为340mm,工作频点在10GHz附近,可以实现同时独立调控每个单元的相位,并且性能与普通几何尺寸调相超表面相差不多,全波仿真结果表明可编程超表面拥有接近35%的聚焦效率,在焦距为8倍波长时-3d B焦斑大小为0.93λ,在焦点偏移角度为45度的情况下-3d B焦斑大小1.25λ,在焦斑大小不超过2λ的前提下,焦点动态聚焦范围在纵向增大焦距时,焦距最大可调节到19λ,在横向扫描时,最大偏移角度可以达到68度,拥有特别广阔的视场。使用一片ARM单片机作为微控制器,通过I2C通信的方式扩展输出引脚,通过上位机和编程可以实现动态聚焦,由于超表面可编程的特性,如果配合计算成像的各种先进算法,理论上可以做到超分辨、波束扫描、全息成像、波束赋形等各种功能。