电磁超材料作为一种由具有独特性质的亚波长粒子组成的人造复合材料,可以实现很多自然界的物质所没有的有趣物理现象与应用。由于超材料可以有效地调控电磁波的损耗、传输以及极化等各种电磁特性,在多功能器件、全息成像、电磁隐身等领域有着广泛的应用。传统隐身技术因存在制备复杂,成本较高等问题,发展受到制约,而且随着时代发展,新的应用环境又给隐身技术提出了更高的要求。基于电磁超材料的超材料吸波体因重量轻、设计灵活、制备方式简单,适应频段广泛等优势,在电子对抗、雷达隐身技术等方面有着广泛的应用。目前超材料吸波体的设计主要是基于研究者的经验和等效电路理论进行设计与分析,这具有很大的局限性。因此本研究主要围绕超材料吸波体的宽带特性,从传统吸波体的设计理论出发,使用特征模理论指导设计了一款宽带超材料吸波体。其次,传统超材料吸波体通常由金属背板来实现阻抗匹配,但金属背板会在吸收带外发生高反射。因此,针对金属背板的特性,设计了一款无背板的三维超材料吸波体,实现了全空间的电磁调控。本文的主要研究内容概况如下:1.利用特征模理论指导设计了一款新型宽带超材料吸波体。该方法通过特征模式和特征电流的分析,揭示了模式权重与电磁谐振之间的关系,并通过参数变化获得的不同模态信息,来确定吸波体单元结构的尺寸参数和阻抗膜的电阻值。最终,所设计的超材料吸波体在3.21-14.35 GHz的频率范围内实现了宽带吸收,对应于126.88%的相对带宽,且在该范围内吸收率大于90%。此外,该吸波体对极化不敏感,在0°到45°的范围内具有良好的角度稳定性。我们通过该吸波体的设计,总结了使用特征模理论指导设计超材料吸波体的基本方法。该方法具有良好的可扩展性,可作为传统吸波体设计方法的补充,为研究者们提供了一种新的理论分析和设计的思路。2.提出了一种带有透射窗口的双极化双向三维超材料吸收体。该吸波体由无背板的周期性交叉网状阵列构成,每个单元沿x轴和y轴方向排列。经过数值仿真和实验测量,得知该三维超材料吸波体对前向入射的电磁波在3.45-4.82 GHz的范围内实现了 85%的吸收,同时,在1.89-3.84 GHz范围内对后向入射的电磁波实现了85%的宽带吸收。所设计的三维超材料吸波体通过精心设计的3D单元结构打破了对称传输,且非对称吸收的特性为反向入射的电磁波提供了额外的吸收带,极大地扩展了超材料吸波体的功能。这种奇特的特性是基于相邻金属结构之间的耦合效应实现的。因此,这种概念为电磁超材料的设计提供了新的自由度。本文所提及的两种超材料吸波体具有优越的特性,为超材料吸波体的设计理论和多功能器件的研究提供了新的思路和方向,在雷达非对称识别、检测、成像和隐身等领域具有广阔的应用前景。