石墨烯(Graphene)是一种由碳原子以sp2杂化轨道形成六角碳环的单原子厚度的二维材料。作为一种新型二维材料,它具有极高的电子迁移率,较好的透光率和机械强度。石墨烯在太赫兹和中远红外波段具有负的介电常数,能很好地支持等离子体谐振。石墨烯等离子体谐振与入射波之间的相互作用能改变电磁波的电磁特性,因此周期性图案化的石墨烯结构可以作为超表面的单元结构对空间波束进行调控。石墨烯的电导率具有可调性,能够通过外加电压等方式改变超表面的特性。本文从理论上研究了石墨烯超表面对空间波束的调控。本论文的主要研究内容安排如下:1.石墨烯的结构特性和石墨烯等离子体谐振的简介;对目前超表面和石墨烯超表面的研究进展的综述。2.研究了石墨烯的电磁特性——复表面电导率以及其在不同情况下的化简形式;给出了石墨烯电导率的三种不同的调控方式;对石墨烯进行准确电磁建模并推导得到石墨烯的等效介电常数和表面阻抗。3.提出了能实现极化无关透明窗口的石墨烯互补超表面结构。利用参数分析和数值模拟相结合的方法,给出了透明窗口产生的物理机理。讨论了透明窗口的动态调控效果和窗口频率附近的慢光效应。4.开展了石墨烯超表面对空间波前调控的研究。根据费马原理得到了二维异常透反射的公式;提出了能实现二维异常反射的石墨烯超表面结构;结合涡旋波和梯度超表面的概念,设计了能够产生具有不同模式的涡旋波的石墨烯超表面。