随着信息科学技术的发展,无线通信系统越来越复杂,其功能也趋于多样化。性能可调的天线可以满足多功能的无线通信系统对天线的要求,能够适应不同的工作环境。近年来,超材料受到学者们的关注,由于超材料具有独特的电磁特性,因而被广泛应用于天线的设计中。超材料的二维结构—超表面具有体积的优势,其剖面更低,更适合与天线进行集成设计,而且由于超表面可以实现对电磁波的调控,因此超表面可用于实现性能可调的天线。本文基于超表面开展了不同性能可调的天线研究,具体研究工作包括以下几个方面:1、研究了基于全息超表面的波束可调天线。推导了全息超表面天线的辐射波束指向与介质板的相对介电常数的关系,然后根据液晶的相对介电常数可通过外部偏置改变的特性,将液晶应用于基于全息超表面的波束可调天线的设计中,给出了相应的天线设计结构,并制作了相应的实物,仿真和实测结果表明了设计的全息超表面天线具有波束可调的特性。2、研究了基于超表面的极化可调Fabry-Perot(FP)天线。将具有极化转换作用的超表面与FP天线的部分反射面结合在一起设计,实现了高增益的极化可调天线。提出了新的超表面结构,并分析了所提的超表面结构的传输特性和反射特性,给出了基于超表面的极化可调FP天线的设计结构并制作了天线实物,实测结果表明,设计的天线在10.43GHz～11.2GHz的频率范围内,通过旋转超表面到不同角度可实现天线的极化方式在右旋圆极化、左旋圆极化和线极化之间转换,同时在极化转换的过程中始终保持天线高增益的特性。3、研究了基于超表面的频率可调FP天线。分析了频率可调FP天线的实现方式,提出了极化不敏感的反射相位可调的超表面结构,并用来代替FP天线的反射地板,从而实现了 FP天线的工作频率可调。给出了基于超表面的频率可调FP天线设计结构,最终设计的基于超表面的频率可调FP天线的工作频率能够在8.85GHz～9.33GHz之间变化,在调节工作频率的同时,天线始终保持高增益的特性。4、研究了应用于微波计算成像中的基于多模SIW腔体的超表面随机辐射孔径,实现了辐射场的调控。分析了多模SIW腔体的特性,多模SIW腔体相比于传统SIW腔体来说,其内部谐振模式数量明显增加,更适合于超表面辐射孔径的设计。给出了基于多模SIW腔体的超表面随机辐射孔径的设计并制作了相应的实物,并在微波暗室中进行测试,利用实测数据进行了微波计算成像仿真实验,仿真结果验证了基于多模SIW腔体的超表面随机辐射孔径的可行性和有效性。