【摘 要】
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电磁超表面（Metasurface）是一种人工设计的亚波长结构,其能够表现出优异的控制电磁波的能力,通过设计和改变超表面的单元结构、周期排列可以控制其电磁性能,设计出自然界中的材料不具备的电磁特性,从而实现工程应用。尽管超表面已经被提出和研究了几十年,但由于它在控制电磁波方面,特别是在电磁波的吸波、偏振方面的显著优势,其依然受广大科学家和工程师的关注。本文对多频带和可调谐超表面吸波器件展开研究,具
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电磁超表面（Metasurface）是一种人工设计的亚波长结构,其能够表现出优异的控制电磁波的能力,通过设计和改变超表面的单元结构、周期排列可以控制其电磁性能,设计出自然界中的材料不具备的电磁特性,从而实现工程应用。尽管超表面已经被提出和研究了几十年,但由于它在控制电磁波方面,特别是在电磁波的吸波、偏振方面的显著优势,其依然受广大科学家和工程师的关注。本文对多频带和可调谐超表面吸波器件展开研究,具体工作内容如下:（1）设计了一种双带超表面吸波器。首先提出了一种由圆形和三角形结构构成的超表面,该结构在10.11GHz、15.63GHz两个工作频点对入射电磁波的吸波率分别高达98.1%和99.8%,同时还具有极化不敏感和宽角度稳定特性。研究了器件的等效电路,并基于电场和表面电流分布研究了吸波器的工作原理。（2）设计了一种三频带可调谐超表面吸波器,该器件基于上述结构扩展设计,在超表面的圆形、三角形金属贴片中引入变容二极管,并且通过添加金属过孔实现对变容二极管的偏置控制。设计的吸波器单元结构尺寸为λ/2.75×λ/2.75×λ/16.5,其中λ为吸波器在最低工作频率时的波长。该吸波器具有三个吸波频带,且吸波率和工作频率受变容二极管的偏置电压调控:随着反向偏置电压的增加（0-19V）,第一个吸收峰的频移可达1.0GHz（7.2-8.2GHz）,吸波率从88.1%提高到99.9%;对于第二个吸收峰,频移为0.47GHz（10.93-11.4GHz）,吸收率超过99.2%;而第三个吸收峰频移0.26GHz（15.84-16.1GHz）,保持在99.8%以上的完美吸收率。最后通过等效电路和表面电流分布分析了该结构的吸波机制,并通过实验测试验证了结果的可靠性。（3）设计了一种基于金属-石墨烯的可调谐太赫兹超表面吸波器。该吸波器单元结构由方环形金属和十字形石墨烯构成。通过控制石墨烯的费米能级,可以调节吸波器的吸波频段。仿真结果表明,当费米能级EF从0e V增加到0.5e V时,该超表面吸波器的工作频率从0.48THz频移到0.99THz,并且对电磁波的吸波率保持在99.4%以上。最后,通过分析其谐振和吸波特性,研究了该吸波器的工作机理。
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