全息阻抗调制表面作为一种新型人工电磁超表面,在设计思想上借鉴了光学全息原理,其基于馈源天线产生的电流激励分布有阻抗信息的干涉图样,利用阻抗调制进而辐射漏波或者束缚表面波。全息超表面通常由一系列以二维准周期规律排布的亚波长单元组成,单元物理几何尺寸可实现连续变化,不仅可以达到对电磁波精准调控的目的,并且具有形成高增益和窄波束宽度的能力。此外,馈源天线与全息超表面印制在同一剖面上,使得全息超表面天线的剖面极低且易与复杂物体共形,在实际应用场景中的适用性大大提高。因此,本文以全息超表面为研究对象,对实现天线的高定向性做了较为深入的研究。论文的主要研究内容如下:1.针对全息超表面天线的工作机理进行了描述,同时对天线设计原理进行了详细公式推导。基于实现全息超表面天线的阻抗表面单元模型,分别详细地介绍了利用横向谐振法与本征模仿真法提取其表面阻抗的过程,并且基于本征模仿真法对所设计单元进行了表面阻抗提取,为后续天线的具体设计奠定基础。2.基于全息超表面对高定向性多波束天线进行研究。首先详细介绍了漏波的前向辐射与后向辐射模式,并且分别基于这两种辐射模式进行了分区域双波束天线的设计,实现了单极子天线能量的定向辐射。随后,将场干涉叠加原理引入全息超表面天线的设计中,结合两种辐射模式分别设计了双波束和四波束天线,对比分区域单独调控方法,超表面口径减小一半且能保证较高的定向性,最后基于三种方式实现了六波束天线的设计,这三种方式均可实现单极子能量的定向辐射,对比发现场干涉叠加原理的引入使得多波束天线的定向性更好。3.基于全息超表面进行了端射天线研究。首先设计了一款平面端射天线,全息超表面的引入将单极子天线在端射方向上的增益提高了8.1 d B,随后通过对共形曲面上表面波和辐射波的正确理论推导,设计了一款共形端射天线,实现了遇到曲面突起的表面波仍能在端射方向形成高定向辐射的目的,并且基于单极子天线全向辐射特性将上述两种单波束天线扩展为四波束辐射天线。最后,对于平面端射天线,通过替换表面波馈源降低了天线剖面,在相同口径超表面下将端射方向最大增益提高了1.5 d B,并改善了天线副瓣,对于共形端射天线,替换表面波馈源利用较少的阻抗表面单元却实现了0.7 d B的增益提升。