随着科学技术的飞速发展,吸波材料越来越引起人们的重视,从武器隐身到人体、仪器的防护、再到THz成像,吸波材料无不发挥着巨大作用。本文首先介绍了吸波材料和电磁超材料的历史和现状,对新出现的超材料吸波结构的起源、演变及应用做了详细的介绍,并系统地分析了吸波材料的吸波原理和经典的结构式吸波材料Salisbury屏的吸波原理,指出实现超薄吸波的条件。根据超材料吸波的基本原理,本文创新性地提出一种新型吸波结构Tetra-Arrow Resonator (TAR),该结构不仅具有优良的吸波特性和超薄的结构尺寸,而且具有良好的入射角稳定性、极化稳定性和多频带特性,并采用波导法进行了实验验证。本文对TAR的性质进行全面深入的分析。首先从表面电流分布分析了三个吸波峰值点的工作模式,从TAR结构的等效阻抗和损耗特性分析其对吸波性能的影响。并通过本征模的方法提炼出TAR结构的谐振腔模型,分析其中高次模的谐振和吸波响应。此外,本文从等效媒质的角度分析了将TAR吸波结构作为一个整体材料时,其等效的介电常数、磁导率和阻抗的特性,发现在三个吸波峰值点,都有较好的阻抗匹配,并且有较大的等效电损耗和磁损耗,根据结构式吸波理论解释了超材料薄型吸波结构实现的原因。在目标雷达散射截面(RCS)减缩方面,本文对有限周期的平面和曲面TAR结构的RCS进行了分析,相对于同尺寸的金属结构具有很明显的RCS减缩效果,表明了其在电磁隐身方面的潜在应用。最后,我们开发了一个联合仿真优化系统,该系统既兼顾了优化算法的灵活性,又保证了电磁场数值计算的准确性,可作为电磁场优化方面非常有用的工具。本文详细描述了系统的组成和实现方法,并以随机表面的超材料吸波结构的优化实例验证了系统的有效性。