随着科学技术的高速发展,在各种器件、设备和系统的实现中,人们对材料的电磁特性提出各种各样的要求。天然材料已不足以支撑这样越来越高越来越苛刻的要求。从而,一种新的人工电磁材料—亚波长结构材料应运而生。通过设计亚波长结构基元的成分和结构,可以实现自然媒质所不具备的奇异电磁特性,这为应用材料调控电磁波提供了新的平台。亚波长结构包含超材料、超表面、光子晶体和频率选择表面等,被广泛应用于光学物理、材料工程等多个领域。特别是在国防应用重点难点课题—电磁隐身和透明方面,亚波长结构也表现出了优异的性能。隐身技术通过降低雷达散射截面(RCS),可大大提高武器装备、平台等目标的生存和突防能力。目前,降低RCS的方法主要有外形设计、吸收、相位调控和极化转化等。亚波长结构可改进吸收材料的性能,并提供了相位调控等新方法。亚波长结构在电磁透明应用中的重要分支是利用亚波长结构设计雷达罩。现代雷达罩要求具有透明—RCS缩减一体化功能,即在某个频段透明,而在其他波段RCS很小。本文从实验和应用的角度出发,分别针对如何提高RCS缩减强度和工作带宽,如何同时实现低损耗传输和宽带RCS缩减两种功能开展工作,主要内容和创新点如下:1.提出了在复阻抗条件下,描写吸收材料与空气匹配程度的p参数。据此,得到了-10dB反射率对吸波结构输入阻抗的要求。研究并制备了有耗六边形环频率选择表面、介质层和金属背板构成的宽带吸波结构。测试得到的-10dB反射率带宽为6.4-24.9 GHz,相对带宽为118.2%。2.组合应用Salisbury屏和Dallenbach层,研究并制备了两种宽带复合吸波结构。(1)由耗表面、无耗介质层、磁性贴片和金属背板构成的宽带完美吸收结构。利用磁性材料的电磁参数具有强色散的特点,通过介质层的调节,使得介质层上表面的输入阻抗随频率的变化非常平缓。从而使得整个吸波结构实现宽带阻抗匹配。实验结果显示-20dB反射率带宽为5.3-10GHz,相对带宽为61.4%。(2)有耗六边形环频率选择表面、无耗介质层、磁性贴片和金属背板构成的宽带低剖面复合吸波结构。利用有耗频率选择表面作为Salisbury屏和Dallenbach层组合应用中的匹配层,有效拓宽了吸收带宽,在4-23.5 GHz实现了-10 dB RCS缩减,相对带宽为136.8%。复合吸波结构的厚度仅为6mm,并且其工作带宽显著大于具有相同厚度的Salisbury屏和Dallenbach层的工作带宽。3.综合应用亚波长结构表面的吸收和相位控制功能,结合磁性吸收材料设计了三种有耗阵列实现低频宽带RCS缩减。(1)基于有耗八边形导电环的有耗阵列。通过设计有耗阵列基元的结构和材料参数,使得不同基元的周期性阵列在相同的波段具有强吸收的特点,同时反射相位在此波段相差很大,继而实现了宽带高强度RCS缩减(-20dB)。实验测得,该有耗阵列的-20dBRCS缩减带宽为6.45-11.44 GHz。(2)基于磁性材料的有耗阵列。由磁性吸收材料构建了周期性阵列,它们的强吸收特点分布在不同的波段,但同时它们的反射相位在很宽的波段内相差很大。不同性质基元的组合使得RCS缩减带宽大为提高。该有耗阵列的厚度为8mm,-10 dB RCS缩减带宽为2.2-14.8 GHz。(3)基于磁性材料和有耗八边形导电环的有耗阵列。磁性材料可以在低频实现宽带吸收且其厚度较小,基于有耗八边形导电环的吸收结构,在高频具有宽带吸收的特点。将两者的结合在一起,进一步拓宽了 RCS缩减带宽。该有耗阵列的厚度仅为6.12 mm,-10dB RCS缩减带宽为3.15-18 GHz。4.综合应用编码超表面和频率选择表面,实现了同时具有高效率传输和宽带RCS缩减两种功能的一体化功能材料(CM-FSS)。应用频率选择表面的带通特性和编码超表面的相位调控能力,在频率选择表面的阻带实现宽带RCS缩减,在频率选择表面的通带实现了低损耗透射。利用PSO优化算法,实现了两种功能的平衡,设计的CM-FSS的透射率在4.6 GHz达到最大值为-0.24 dB,-1dB透射带宽为4.1-5.0 GHz;-15 dB RCS缩减带宽为8.5-13.5 GHz。