吸波材料能吸收、衰减入射的电磁波,并将其转换成热能或其他形式的能量耗散掉。它在军事雷达隐身和民用防护中具有广泛的应用。宽频吸收是吸波材料的核心指标之一。随着现代雷达和通讯技术的工作频带越来越宽,对吸波材料的吸收带宽也提出了相应的要求。本学位论文围绕实现微波频段宽带强吸收的目标,致力于发展传统磁性吸波材料和超材料的复合新策略,阐明宽带吸波和宽带可调谐吸波两类复合超材料吸波体的设计原理和制备新方法。具体开展了以下研究:在第2章中,研究了超材料与传统磁性吸波材料以平面型和非平面型两种方式复合对吸波性能的影响,发现平面型复合方式中,两种材料之间的相互作用大,复合材料的性能无法预测,难以同时保持两者各自的吸波优势,以致于无法实现宽带吸波的目标。非平面超材料与传统磁性吸波材料复合时的相互作用弱,为高效复合奠定了基础。研究了两层复合材料体系的吸波性能与每层材料反射系数之间的关系,指出顶层材料的反射系数S11大,则复合吸波体总的反射大;S11小,入射电磁波除了会被顶层部分吸收外,透射的电磁能将继续被第二层吸波材料吸收。设计了一种基于磁性吸波材料为基体的非平面型超材料,它对于TE（电场平行于金属结构）和TM（电场垂直于金属结构）极化波的反射均较大,而对于TM波的反射均很小。将该非平面型超材料上下正交排列组合形成一个纵横交错的两层复合超材料吸收体,低频电磁波首先透过顶层被底层以TE吸收模式吸收,而高频电磁波主要被顶层作为TM吸收模式消耗。模拟和实验结果均表明,该复合吸波材料在3-40 GHz超宽频范围内,反射系数均小于-10 d B,在3.4 GHz的最大吸收率达到99.98%。在第3章中,通过对由金属细线作为基本共振单元的平面型超材料吸波体的电磁场在基体中的分布分析,构建了具有物理意义且与结构密切相关的等效电路模型。发现该类超材料吸波体基体中存在能量聚集度低和可替换的部分,指出只有金属线正下方及周围有限区域内的低损耗介质才对共振强吸收起作用。提出用传统磁性吸波材料代替基体中能量聚集度低的区域,构建了面内嵌入复合的非均匀基体超材料吸收体。该超材料吸波体集成了原有细线型超材料在低频段的强吸收和传统磁性吸波材料在高频段的宽带吸收。通过建立与金属单元结构尺寸和不同基体区域电磁参数密切相关的非均匀基体电路模型,提出了非均匀基体超材料吸收体的普适设计策略。模拟和测量的结果显示,所设计的非均匀基体超材料在2.45 GHz附近具有超材料吸波体的强共振吸收,同时保留了传统磁性吸波材料在8-18 GHz的宽带吸收,从而为实现复合超材料吸波体的宽带强吸收提供了一种新的技术途径。在第4章中,研究了圆形开口环吸波超材料的性能,根据电路模型分析,提出了一种基于同时调控超材料结构电感L和电容C的拓展吸波超材料频率可调谐范围的策略。设计了同时嵌有变容二极管和PIN二极管的超材料结构,通过合理的设计电子元件的嵌入位置,结合电压控制变容二极管的电容和PIN二极管的开/关状态,可以将两个不同波段的频率可调谐范围首尾相连,使电子元件类超材料的频率可调谐带宽成倍的增加,为拓展吸波超材料频率可调谐范围和设计多功能超材料提供了一种通用而有效的方法。通过仿真和实验表明,可调超材料吸波体的频率可调谐范围为2.8-4.95 GHz,吸收率均在90%以上,相对可调谐带宽高达60%,明显优于现有文献报道。进一步设计了一种频率可调谐带宽为5.22 GHz的超材料,体现了该策略的可扩展性。在第5章中,设计了一种极化敏感的栅条型超材料结构,它在2-18 GHz频段内对TE波表现出强反射,而对TM波表现出全透射的特性。以此超材料作为顶层与在5-18 GHz宽带吸收的非平面型超材料作为底层复合设计,当两种超材料的基体平行排列时,复合超材料对TM波表现出宽带吸收的特性。当两种超材料的基体正交排列时,复合超材料则表现出宽带反射的特性。进一步研究了顶层栅条结构不同的旋转角度θ对反射的调控作用,发现随着旋转角度的增大,栅条结构的反射逐渐增大、透过的电磁波逐渐减少,因此,能够到达复合超材料底层被吸收的电磁能亦越来越小。数值模拟和实验结果表明,随着θ从0°逐渐增大到90°,复合超材料的在6-18 GHz的吸收从1逐渐减小到0,即从完美吸收体逐渐过渡成完美的反射体。本论文所提出的复合超材料吸波带宽和可调谐范围拓展的方法有助于阐明超材料对微波吸收的物理机制,增强超材料吸波体的可设计性,提升其微波吸收性能。发展的超材料新复合形式能结合超材料和传统磁性吸波材料的优势,为突破现有吸波材料的带宽瓶颈,提高我国武器装备的生存能力,改善日益严重的电磁环境污染提供理论基础和新技术途径。