在21世纪,科学技术发展迅速,无线通信领域亦是日新月异,不断有新技术新产品出现。其中,天线作为无线通信系统的接收/发射端,是无线产品的关键组成之一,其性能的好坏将直接影响产品的质量,且天线的研究是朝着小型化、高增益、宽频段、高隔离度、宽波瓣的方向发展。无线产品也要求天线兼顾多种性能指标,传统的天线设计方式愈发难以实现。为了满足实际产品和应用的需要,通过将超材料加载至天线上从而改善天线的辐射性能的研究不断呈现,但是对于一些对尺寸大小、重量等参数比较敏感的应用,三维的超材料就不再是最适宜的。与三维的超材料相互比较,二维的超表面具有明显的优点,即低剖面(一般为单层的二维结构)、重量轻、成本低等。本文研究了超表面在天线方面的应用,即喇叭天线和抛物面反射天线。首先分析了超表面单元的反射特性,即包括反射相位和反射系数特性;然后,研究分析了超表面阵列在喇叭天线方面的应用;最后分析了将超表面阵列代替抛物面反射器后的反射天线的辐射特性。具体内容包括如下:1.研究分析了三款尺寸不同的超表面单元特性。优化超表面单元的结构尺寸,从而获得性能最佳的结构,改变超表面单元枝节长度从而实现反射相位的调控;三款超表面单元可以实现近似360度的反射相位覆盖,反射效率达到91.6%以上;建立起反射相位与单元枝节尺寸的对应关系,建立表格方便查询。2.研究分析了喇叭天线口径位置加载超表面阵列的辐射特性。根据喇叭天线口径处不同位置的相位分布规律,设计超表面阵列从而改善口径处相位分布关系;H面扇形喇叭天线在加载超表面阵列尺寸大小为12mm*216mm时,增益由7.5dB增至13.9dB;角锥喇叭天线在加载超表面阵列尺寸大小为144mm*132mm时,增益由 22.8dB 增至 24.9dB。3.研究分析了超表面反射天线辐射特性。设计了不同尺寸大小的超表面阵列,用以代替反射天线中的抛物面反射器;设计了 U型开槽贴片天线,10GHz时增益约为5.91dB,S/11<-10dB带宽约为2.1GHz,将其作为超表面反射天线中的馈源。随着超表面阵列尺寸的增加,反射天线增益由16.61dB提高至19.55dB,比馈源增益提高了 13.65dB,在考虑了馈源天线的等效相位中心后,反射天线的增益可以进一步提高至19.85dB;由于不同频率下超表面单元的反射相位差异性,超表面阵列尺寸大小为248mm*248mm时,10.75GHz时增益为18.30dB降低至11GHz 时的 15.45dB。