随着通信、雷达和导航等在现代社会中的广泛应用,通讯设备对电磁波收发时极化匹配的要求越来越高。铁氧体或无源电路是传统调控电磁波极化的方式,但其有体积大、转换效率低和工作带宽窄等缺点。基于人工电磁结构的极化转换器具有轻薄、转换效率高、工作带宽较宽和易于集成等优势,由于其具有诸多优势,近些年逐渐成为研究的热点。本文围绕基于人工电磁结构的极化转换器展开了研究与设计,分析了人工电磁结构对电磁波进行极化转换的机理,设计了宽带高效的线-圆极化转换器和可重构线-线极化转换器,对所设计的极化转换器进行了实验验证,并探讨了其对喇叭口天线辐射性能的影响。本文的主要研究内容和工作概括如下:1.针对现有的工作频带在S和C波段的线-圆极化转换器工作带宽较窄的问题,设计了一种工作在S和C波段的宽频透射型线-圆极化转换器。单元正面的金属拓扑结构为对称U形,背面为连续螺旋。当线极化波垂直入射时,所提出的线-圆极化转换器在2.5-5.6 GHz内插入损耗小于0.9 d B,透射波轴比小于3 d B。当线极化波在±30°范围内斜入射时,所设计的器件也表现出了较稳定的工作特性。实验结果和仿真结果相近,说明了所设计线-圆极化转换器的有效性。2.为适应器件小型化的发展趋势,提高所设计极化转换器的实用性,又在已有极化转换器的基础上,设计了同样工作在S和C波段,且更薄的线-圆极化波转换器。通过将原先多层结构的中间两层替换为在两正交方向上均呈容性的新层,再对整个器件的多个参数综合考虑进行数值模拟和优化,可以使极化转换器的层间距缩减为原先的约一半,进而使极化转换器整体的厚度缩小为原先的一半左右。与原器件相比,新设计的器件在线-圆极化转换工作带宽基本保持不变的前提下,总厚度由原器件的62.54 mm缩减到27.52 mm,总厚度降为原器件的44%。所设计的线-圆极化转换器,可扩展已有天线能够发射或接收的极化波类型,在通信、雷达和导航等相关领域有广阔的应用前景。3.基于透射型人工电磁结构设计了加载PIN二极管的可控线-线极化转换器。仿真结果表明,在5.52-6.54 GHz频带内,所设计的线-线极化转换器在PIN二极管关断时有极化保持功能,在PIN二极管导通时有极化转换功能。所设计的器件在工作频带内的插损低于1.5d B,且在工作频带内的极化隔离度达到了20 d B以上。当器件处于线-线极化转换的工作状态时,PIN二极管的设置方式是在每个单元上用两个二极管并联,再与其它单元在x轴方向串联,这种设计一方面可以提高线-线极化转换器的工作可靠性,也能够使转换器能承受更大的微波辐照功率。