超表面是由亚波长单元组成的二维结构,具有极低的剖面高度。由于它可以方便地对入射电磁波进行调控,实现独特的反射或透射特性,而且易于制造,近年来在多种应用中得到了广泛的探索。超表面天线是以超表面为辐射单元的天线,与微带贴片天线相比,其在保持剖面较低的前提下具有更宽的带宽和更高的增益。然而,目前大多数报道的超表面天线尺寸较大,这使得它很难用于设计具有低副瓣电平和低互耦的天线阵列。因此,如何在保持高性能的同时设计出紧凑的低剖面超表面天线是一个巨大的挑战。针对这一问题,本论文借助特征模分析与模式分析两种方法,对超表面天线进行小型化设计。本论文的主要研究内容如下:1.基于特征模分析对超表面天线进行小型化的设计研究。首先,通过特征模分析,得到天线辐射单元的模式电流分布。然后,通过延长电流路径,降低模式的谐振频率,实现天线的小型化。2.通过对超表面辐射单元的规模进行分析实现天线的小型化设计。较少的超表面单元个数可以减小天线的尺寸,但也会改变天线的性能。基于特征模分析与全波仿真,讨论了辐射单元规模的变化对线极化与圆极化超表面天线性能的影响。3.通过在超表面单元上开槽实现天线的小型化设计。对由方形贴片阵列构成的天线辐射单元分别采用了H形槽加载与类分形槽加载的方法,设计了单极化与双极化的小型超表面天线。为了保证天线具有较大的前后比和较低的剖面高度,针对这两种天线分别设计了带有完整地板的馈电结构。天线的整体结构简单且易于加工。4.基于模式分析方法进行超表面天线的圆极化和小型化设计。超表面不同特征模式的谐振频率较接近,可以实现半波模式和全波模式的同时谐振。根据这两个模式的电流分布,设计了N形单元。相对于方形单元,N形单元组成的超表面不仅结构更加紧凑,还可以实现圆极化辐射。另外,比较了几种馈电结构对天线的阻抗带宽和轴比带宽的影响。