超材料吸收器是一种由单元晶胞周期排列而成的人造亚波长结构,其单元晶胞通常由金属-介质-金属三层结构构成。通过金属的欧姆损耗和介质基板的介质损耗,超材料吸收器能够将特定频率处的电磁波几乎完全吸收。自超材料吸收器被提出以来,多种类型的超材料吸收器相继被提出,如单频段、双频段、多频段和宽频段吸收器,频率从微波延伸到了光频段。随着技术的进步和研究的深入,柔性的、频率可调谐和可开关的超材料吸收器因其在反射器、天线、传感器、智能雷达和滤波器等诸多领域有着重要的应用前景受到人们广泛的关注。频率可调控的超材料吸收器包括可调谐和可开关的超材料吸收器。本文研究了三种可调控的超材料吸收器:一种频率可调谐的三频段超材料吸收器、一种双频段和一种三频段的可开关超材料吸收器/反射器。采用仿真和实验结合的方法研究了所提出的可调控吸收器的吸收特性和吸收机理。具体内容安排如下:第一章,介绍了超材料吸收器的研究背景、意义以及国内外研究进展。第二章,基于频率可调超材料吸收器的实现方式,设计了一种加载变容二极管的频率可调谐的三频段超材料吸收器,通过调节单元晶胞中变容二极管的反向偏置电压,实现了对两个吸收峰频率可动态调谐的三频段吸收特性。当变容二极管两端的偏置电压从0 V变为-15 V时,第一和第二个吸收峰频率的动态调谐范围分别为2.77GHz-4.36 GHz和8.11 GHz-8.41 GHz,而第三个吸收峰频率几乎保持不变;通过分析偏置电压为-10 V时各谐振频率处的表面电流分布,解释了该多频段可调谐吸收的机理。对吸收器样品测量的结果证实了该多频段超材料吸收器的频率可调谐吸收特性。第三章,基于可开关超材料吸收器的实现方式,设计了一种工作在S-C波段的双频段可开关超材料吸收/反射器。通过控制内、外开口环处的开关二极管的开关状态实现了在两种单频段、一种双频段完美吸收和完美反射效果之间的任意切换。同时,通过分析三种吸收状态时谐振频率处的表面电流分布分析了该结构的可开关吸收机制;最后研究了极化角、倾斜入射角以及主要结构参数对该结构吸收特性的影响。第四章,在第三章的基础上,设计了一种八种工作模式的三频段可开关超材料吸收器/反射器。将三组半导体开关二极管分别焊接在三个子单元的顶层谐振器开口处,通过一种巧妙设计的立体偏置网络,分别控制三组开关二极管的开关状态,实现了在三频段吸收模式(111)、双频段吸收模式(011、101和110)、单频段吸收模式(001、010和100)以及全反射模式(000)八种工作模式之间的任意切换。此外,通过分析八种工作模式时各谐振频率处的电流分布解释了该结构的吸收机制。同时,研究了所提出的吸收器的极化角不敏感特性和宽角度吸收特性。通过对所制作的样品进行测量,实验测量结果与数值仿真结果能够较好地吻合,证实了该吸收器的可开关特性。第五章,总结全文,对未来有关超材料吸收器方面的工作进行展望。