光学透明体的电磁屏蔽技术在通信、航天等领域具有重要的应用价值,众多先进精密光电仪器中的光学窗需要同时实现具备高透光率、均匀的杂散光分布以得到优秀的成像质量,实现强电磁屏蔽以满足设备抗干扰性能。在多种高透光薄膜中,金属网栅薄膜能够很好的完成光窗高透光条件下的电磁屏蔽。目前现有的金属网栅结构大多为根据某特定规律设计的、从简单规则结构逐渐发展至具有相对复杂周期的结构。本文在分析和归纳了现有网栅不同结构特点的基础上,分析网栅结构设计中各元素与透光性能和电磁屏蔽特性之间关系,并基于此提出一种基于随机分布基本圆环与其外公切圆与子圆环的金属网栅结构,结构中各基本圆环与子圆环的结构参数均有一定随机性。通过利用标量衍射理论,对该金属网栅的归一化衍射光强分布模型进行了构建,并计算其透光率。通过仿真实验可以看出,当金属网栅透光率相同时,含有基本圆环与其外公切圆与子圆环的金属网栅比随机量均为零的金属网栅最大衍射光强能够降低75%以上。为了对金属网栅的衍射特性进一步优化,优化金属网栅结构的生成方式,加入对部分基本圆环的打断、添加部分外切圆环的公内切圆等,优化后基于随机圆环与子圆环的金属网栅比随机量均为零的金属网栅最大衍射光强降低84%以上。在高透光圆环网栅等效折射率模型的基础上,结合本课题设计的金属网栅结构特征,对基于随机圆环与子圆环的金属网栅的电磁屏蔽效率分析方法中的等效电抗模型进行修改。与CST STUDIO SUITE软件的结果对比分析,利用修正后的等效折射率法得到的在Ku波段内金属网栅的屏蔽效率偏差不超过1dB。通过考虑金属网栅的衍射特性与电磁屏蔽特性,对构成基于随机圆环与子圆环金属网栅的各项参数:基本圆环个数与初始半径、基本圆环圆心与半径随机值取值范围、子圆环连接方式、子圆环个数范围、金属网栅线宽及子圆环填充方式进行分析并实现参数优化,实现基于随机圆环与子圆环金属网栅参数优化。仿真结果表明,最终设计的金属网栅与基于旋转子圆环的二维三角正交分布圆环的金属网栅结构相比,在透光率相同的条件下,最大衍射光强至少降低40%。通过紫外光刻技术对本文设计的金属网栅结构进行样件加工,并通过实验测试金属网栅的各项指标。实验结果表明,基于随机圆环与子圆环的金属网栅样件能够同时实现高透光率、高级衍射的深度均化和强电磁屏蔽效率,各项指标均与仿真结果吻合,证明本文提出的针对随机圆环网栅的衍射模型与电磁屏蔽效率分析模型的准确性。本文提出的金属网栅结构设计方法与设计的样件可以满足精密光学仪器和设备等的性能要求,在航空航天与探测等领域具有十分重要的应用价值。