1、電磁吸波材料由于其在軍事和民用方面都有著十分廣泛的應(yīng)用前景，長期以來受到世界各國研究者的關(guān)注。隨著材料制備水平以及微觀結(jié)構(gòu)表征能力的不斷改進(jìn)與提高，傳統(tǒng)材料吸波性能的提升難度越來越大。近年來出現(xiàn)的超材料由于其不同尋常的電磁響應(yīng)特性得到了快速的發(fā)展，是當(dāng)前國際學(xué)術(shù)界的研究熱點(diǎn)和前沿。它的出現(xiàn)使得人們能夠從宏觀尺度層面上設(shè)計和控制材料的電磁響應(yīng)特性，極大地拓展了電磁吸波材料的發(fā)展空間。本論文緊緊圍繞超材料奇異的電磁響應(yīng)特性及其可人為設(shè)計的特

2、點(diǎn)，對其在電磁吸波材料應(yīng)用中的物理機(jī)制、設(shè)計方法以及工作帶寬拓展等重要基礎(chǔ)問題進(jìn)行了系統(tǒng)的理論分析、數(shù)值仿真和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，主要研究內(nèi)容和結(jié)論概括如下：
　　1.利用傳輸線等效電路模型研究了在給定反射率閾值的情況下高阻抗表面吸波材料所需電阻片方阻的理論取值范圍，并與Salisbury吸波屏進(jìn)行了比較，發(fā)現(xiàn)對于相同的反射率閾值，高阻抗表面吸波材料所需方阻的取值范圍較小，這可為在吸波性能數(shù)值優(yōu)化過程中電阻片方阻值的初始值范圍設(shè)置提供理論依

3、據(jù)。同時，還推導(dǎo)了適合于基體為任意材料的高阻抗表面吸波材料理論帶寬極限，結(jié)果表明帶寬極限與接地基體的最大磁導(dǎo)率以及厚度成正比，而磁導(dǎo)率的頻散特性是決定著實(shí)際工作帶寬能否達(dá)到該最大理論帶寬的關(guān)鍵因素。通過類比具有寬帶吸波性能電路模擬吸波體的工作機(jī)制，從阻抗匹配的角度提出了利用具有諧振特性的超材料基體來拓展高阻抗表面吸波材料工作帶寬的思路，設(shè)計并驗(yàn)證了接地基體中含有直立金屬開口環(huán)結(jié)構(gòu)的寬帶高阻抗表面吸波材料。
　　2.通過腔體共振等效

4、電路模型構(gòu)建了短切線超材料結(jié)構(gòu)組成參數(shù)與吸波性能之間的內(nèi)在關(guān)系。結(jié)果表明吸收頻率由短切線長度、隔離層的電磁參數(shù)決定，而吸收率與隔離層的厚度、金屬的歐姆損耗以及隔離層的介電損耗相關(guān)。由于等效輸入阻抗的實(shí)部與厚度、歐姆損耗以及介電損耗等因素成單調(diào)函數(shù)關(guān)系，因而對于其中任意一個因素，在給定其他因素的情況下，總存在一個合適的值使得吸收率達(dá)100％，這對吸波超材料的工程設(shè)計具有重要的指導(dǎo)價值。另外，由于代表損耗的等效集總電阻位于輸入阻抗的分母中，

5、因而建立的模型合理地解釋了為什么具有很小的損耗超材料就可獲得非常強(qiáng)的吸收。隨后，基于疊加原理提出了采用立體共振結(jié)構(gòu)替代傳統(tǒng)二維平面結(jié)構(gòu)超材料實(shí)現(xiàn)寬帶吸波的思路。通過理論分析由直立短路傳輸線構(gòu)成鋸齒狀立體結(jié)構(gòu)超材料的工作機(jī)理及其吸波特性，表明吸收頻率由短路傳輸線高度決定，且滿足其對應(yīng)四分之一介質(zhì)波長等于傳輸線高度的具體關(guān)系，并設(shè)計和驗(yàn)證了具有高度漸變的鋸齒狀立體結(jié)構(gòu)寬帶吸波超材料。根據(jù)超材料共振尺寸縮放原則，該寬帶吸波超材料結(jié)構(gòu)也適用于包

6、括毫米波、太赫茲、紅外等在內(nèi)的高頻波段。
　　3.通過數(shù)值仿真手段分析了碳纖維替代超材料中金屬結(jié)構(gòu)單元用于吸收電磁波的可行性，并考察了碳纖維束絲電導(dǎo)率各向異性特點(diǎn)對超材料吸波性能的影響規(guī)律。隨后，制備了具有單向和十字堆垛交叉結(jié)構(gòu)、多層結(jié)構(gòu)以及立體結(jié)構(gòu)的碳纖維吸波超材料樣品，實(shí)驗(yàn)與數(shù)值仿真結(jié)果表明通過改變碳纖維在超材料中的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，可以實(shí)現(xiàn)單極化與任意極化、單帶與多帶以及窄帶與寬帶吸波性能的調(diào)控，充分驗(yàn)證了碳纖維應(yīng)用于超材料吸波的可