数字超材料(超表面)是一种比较新颖的超材料设计方法。该方法引入了计算机优化算法对选定的基本比特单元按照一定的空间分布进行排列组合,最终得到能够实现预期功能的超材料。这种方法大大降低了设计过程中的人力成本,简化了超材料的设计流程,降低了超材料的设计时间成本。本文首先选定了性质相反的两个单元结构作为数字超表面的基本比特单元。然后,在MATLAB环境下编写了控制脚本完成MATLAB与全波仿真软件HFSS之间的数据通信,实现通过MATLAB脚本语句控制HFSS自动建模仿真、HFSS仿真结果自动传输到MATLAB的计算空间以备调用等功能。再后,在MATLAB环境下完成了遗传算法和模拟退火算法的程序编写。在此基础上,联合改进的遗传算法、模拟退火算法与全波仿真手段,形成了优化算法生成数字超表面初始结构、MATLAB脚本控制HFSS以比特单元为基础构建超表面并仿真得到其散射特性、优化算法调用HFSS仿真结果并判决是否继续优化的自动化循环设计流程。基于上述方法,本文设计了具有三种特殊功能的超表面。第一,设计了一种能够控制电磁波散射降低目标RCS的超表面,这种超表面在电磁波照射下将散射电磁波的最大波瓣值降低到了241m V,与金属板反射相比降低了76%。第二,设计了一种能够对电磁波散射范围实现一定控制的数字超表面,在电磁波照射的条件下通过规定特定的区域使得散射的电磁波的能量大部分都集中在这个特定的区域之中。第三,设计了一种可以控制电磁波散射方向的超表面。另外,上述三种具有特殊性质的超表面的工作频点均是6GHz.本文设计的三种特殊数字超表面具有截然不同的物理性质,但即使满足单一物理性质的条件下,指标的不同也使得优化后的数字超表面结构有所不同。本文利用了不同的超表面具有相同单元结构的特点,设计了一种可拆卸可重组的数字超表面,如同七巧板一样仅仅利用有限的基本比特结构通过不同的排布可以得到大量不同的超表面。这种构想大大的降低了加工成本和周期。上述仿真得到的三种超表面均在暗室里进行了测试,所得辐射特性与仿真结果吻合度较高,证明了设计思路的正确性。另外,本文专门编写了API,实现了两个独立软件的信息交互填补了这个方面的空白。这部分成果为在电磁设计中引入优化算法提供了基础。