随着雷达探测技术的飞速发展,信息化作战环境下的战略优势已经越来越依赖于飞行器的优秀隐身性能和电子装备的复杂电磁环境兼容性能。作为现代化战争中保证战略打击和突防任务的关键核心,以周期结构为基础的电磁特性调控技术研究已经引起了世界各军事强国的高度重视。同时,由于目前的电磁特性调控结构复杂,设计流程缺乏明确指导,给有效的工程应用带来了极大的挑战。如何实现小型化、实用化、灵活的频率/极化特性调控结构仍然是亟待解决的重大科学和工程问题。本文针对目前周期结构电磁特性调控技术研究的局限,首先系统研究了电磁场耦合(J-型)和电感耦合传输线谐振(K-型)的微小型频率选择表面(Miniaturized-Element Frequency Selective Surface,MEFSS)的参数化综合设计过程,并通过比较J-型和K-型MEFSS的结构及性能,验证了 K-型MEFSS的优越性;在此基础上,以周期结构的等效电路模型为基础和研究主线,深入研究了具有双频响应的高阶带通MEFSS结构和参数化综合设计过程,并进一步深入研究了具有低剖面高选择性的混合谐振三阶带通MEFSS的设计技术与参数化综合过程,这两种MEFSS的设计思想与综合过程的有效性分别通过设计实例的理论仿真与实验测试进行了全方位地验证;同时,深入研究了具备亚波长周期尺寸和超宽带、高效率的反射型极化旋转表面结构。研究成果在宽角域内均表现出稳定的频率响应,为亚波长周期结构的电磁特性调控技术提供了一种新思路和新方法,具有重要的理论指导意义和工程应用价值。本文主要的研究成果与创新点如下:1.研究了耦合谐振MEFSS的参数化综合设计过程。从耦合滤波器的理论模型出发,采用等效电路分析方法,分别为电磁场耦合(J-型)与电感耦合传输线谐振(K-型)的MEFSS构建了系统级参数化综合设计过程。使用这两种综合过程,分别设计了具有不同频率响应的MEFSS,验证了所研究MEFSS综合设计过程的有效性。另外通过对比具有相同频率响应的J-型和K-型MEFSS,验证了电感耦合传输线谐振的K-型MEFSS具有较短的设计周期、较强的结构刚度、较低的加工复杂度以及对金属层间相对错位的不敏感性等显著优点,为新型MEFSS的研究提供了一条新的技术途径。2.提出了具有双频响应的N阶带通微小型频率选择表面设计方法。该设计可以实现具有灵活指定中心频率、带宽和响应类型的双频带通MEFSS结构,且满足独立控制双频带滤波性能的设计需求。建立所设计结构的等效电路模型,提出了用于从系统级性能指标合成任意双频响应的参数化综合设计过程。并通过一个中心频率为16.5 GHz和31 GHz的双频二阶带通MEFSS加以验证,理论仿真和实验测试均证明了设计想法的可行性与综合设计过程的有效性。同时,所设计的双频MEFSS结构具有对入射波极化的无关性和±45°大角域内稳定的传输响应。该设计方法实现了从理论到工程应用的设计流程,导向性强,解决了传统方法工程实现流程繁杂的不足,为双频MEFSS的研究提供了一种新的有效手段。3.提出了低剖面、高选择性的混合谐振三阶带通微小型频率选择表面设计技术。该设计思想在不增加电感耦合MEFSS传输线谐振器数量的基础上,不仅为MEFSS的传递函数增加了一个传输极点,而且巧妙地引入一个传输零点,从而实现了低剖面结构的高阶带通滤波响应,同时进一步提高了频率响应的选择性。在建立该类型MEFSS等效电路模型的基础上,基于系统级性能指标,提出了相应的参数化综合设计过程,可实现具有任意三阶带通的滤波响应。通过设计、加工并测试一个中心频率为8.5 GHz的三阶带通混合谐振MEFSS,充分验证了所提出设计思想及综合过程的有效性。设计结果表明,与三阶带通K-型MEFSS相比,该混合谐振结构的剖面厚度不仅缩减了 30.3%,而且带外传输系数低至-101.7 dB。并且该混合谐振MEFSS在±45°入射角范围内具备稳定的频率响应。所提出的设计方法可有效地应用于更高阶带通、低剖面、高选择性MEFSS的设计,拓展了所提方法的工程适用范围。4.提出了一种具有亚波长周期尺寸和超宽带特性的反射型极化旋转表面结构。从物理机理与等效电路出发,定性分析了所提出结构的变极化控制原理,并通过仿真验证了机理分析的合理性。深入研究了结构极化转换工作带宽对单元几何尺寸的敏感性,并通过数值全波仿真表明了所设计结构在超宽频工作范围内(5.2GHZ～12.7 GHz),可以将反射波的极化相对于入射波旋转90°,且工作频带内的极化转换效率均大于90%。同时,所设计结构在±45°宽角域内可以保持宽带、高效、稳定的变极化能力。较之已有的研究,所提出的极化旋转表面具有结构简单、体积轻小、加工成本低廉等优点,且其工作频带更宽,极化转换稳定性更高,更易于融合到相关工程应用中。