人工电磁结构凭借其自然材料所不具备的独特电磁特性,在多个领域取得了广泛应用。其中,电磁吸波体和强电磁防护结构是两个重要分支。本文以隐身和强电磁防护为目标,利用半导体器件和石墨烯材料的非线性特征,展开新型可调电磁吸波体和强电磁防护结构的研究,主要内容如下:1.深入研究了二维材料石墨烯及其电可调特性,将石墨烯的材料特性和吸波体的设计相结合,探索了基于石墨烯超材料的可调吸波体的设计方法。在此基础上,设计了一种多模可调太赫兹吸波体,实现了多种吸波模式下主导模式可调和单个模式吸波频率可调,能够在任意模式下实现完美吸波且吸收率不会随频率调节而明显降低。与传统设计相比,该吸波体的调节范围更大、调节方式更为灵活,因而具有广阔的应用前景。2.设计了一种吸收率可调的双频宽带吸波体,利用简单的非对称开口谐振环结构同时实现了多频点吸波和宽带吸波。该吸波体拥有两个宽频吸波带,分别是从1.4 THz到1.9 THz和4.5 THz到5.1 THz。在石墨烯化学势的调节下,吸收率可以在90%到10%的范围内调节。此外,该吸波体还具有良好的极化角稳定性和接近70度的稳定性。这种基于非对称的吸波体的设计为多频宽带吸波体的设计提供了一个新的思路,可以方便地应用在其他频段的设计。3.研究半导体器件的开关特性,利用多层结构,将吸波层和开关层分离独立设计,实现了基于半导体器件的超宽带开关吸波体。该吸波体的工作频段覆盖3.5GHz到11.2 GHz,且能够在不影响其他波段吸波特性的前提下对设计波段吸波进行开关调控。利用等效电路和结构表面电流分布对吸波原理进行了分析,并采用全波仿真计算和实验测量进行了验证。4.研究了基于半导体器件的强电磁防护结构,改进设计了一种工作在S波段的超宽带自适应强电磁防护结构。该强电磁防护结构对小信号的插入损耗不超过1d B,而对强电磁脉冲有20 d B的屏蔽效果。