编码超表面的提出在物理世界和信息世界之间搭建起了桥梁,将编码超表面与半导体调制器件相结合能够实现电磁波的动态数字波前调控。然而,由于传统的相移梯度超表面与相位编码技术缺乏对连续相移梯度的精确离散,从而限制了重构波束的辐射范围和精度。研究基于编码超表面的太赫兹快速数字波束重构方案对实现高帧频、高分辨成像探测雷达和高速无线通信具有重要意义。本文提出了一种基于超表面相移单元序构的分数化相位编码调控方案,可实现对太赫兹波束的异常反射定向控制和超精细波束扫描。首先基于广义斯奈尔定律和相控阵辐射理论,建立了超表面阵列因子重构编码机制,对一维和二维相移梯度阵列的单波束和多波束精细调控进行了数值分析。在理论分析的基础上,提出了一种基于超单元相移序构的分数化离散编码方案。本文分别研究了基于频率扫描和电控扫描方式的亚波长相移序构阵列,结合数字编码方案,实现了大视场范围下的超精细太赫兹波束扫描。本文所研究的快速数字波束重构方案不局限于一维1比特和2比特超表面,还适用于二维多比特超表面,并且可从太赫兹频段拓展至微波或光学频段。经过进一步的完善和优化后,还可应用于聚焦和极化分束等多种波前调制。主要研究内容可分为以下部分:(1)提出了一种基于超单元相移序构的分数化离散编码方案。结合反射阵理论分析了超表面相移梯度和反射波束辐射方向之间的关系,以及在不同入射频率下主瓣波束的频扫特性。通过对超单元编码重排列的高精细逻辑分数化编码,利用超表面任意离散相移梯度分布实现了对单/多波束的精准控制。通过编码判别方程实现了对以任意精细度离散的分数化编码序列输出,以0.001倍单元尺寸为增量步长进行离散的的编码可以实现步长小于0.1°超精细波束扫描。(2)提出了基于电谐振长度调控的静态相移序构阵列。通过仿真优化实现了结构的宽带线性相移特性,进一步结合分数化编码,实现了宽带、大范围和精细化的频率扫描。设计并加工了一组基于分数化编码方案的一维2比特编码超表面,测试结果表明在0.34~0.5 THz频段内,实现了22°~74°连续的单波束大范围扫描,角度范围相比传统编码超表面提高了44.4%。通过数值仿真计算和实验交叉验证了分数化编码方案对超精细波束扫描的有效性和通用性。(3)提出了基于高电子迁移率晶体管(HEMT)二维电子气OOK(on-off keying)谐振式调控的动态相移序构阵列。研究了不同二维电子气浓度色散特性对相移特性和幅值特性的影响,进一步利用不同列控偏置电压实现了一维1比特电控分数化编码,并对不同编码序列下的远场辐射特性进行了研究。在理想通断状态下,研究表明该结构在0.298~0.348 THz实现了相对带宽15.5%、平均反射效率大于90%、相位差超过180°的大相移调制。在低开关比的二维电子气浓度下,该结构实现了在0.295 THz和0.317 THz的180°精确相移。远场特性研究表明,对于32×11的分数化列控编码阵列,在0.33 THz可以实现±22°~±49°的电控波束扫描。