电磁超材料是指一类具备天然常规材料所不具备的超常电磁特性的人工复合材料,通常以尺寸远小于工作波长的人工单元为基础,并将其进行周期有序的排列而构成。随着电磁仿真技术以及加工制造工艺的快速发展,科学家们基于超材料在电磁波传播特性调控等领域开展了大量的研究,并取得了一系列突破性成果。电磁波吸收材料在军事隐身技术以及民用电磁兼容等领域有着广泛的应用,现代化信息战争对电磁波吸收材料提出了“薄”、“宽”、“轻”、“强”的研究目标,而超材料吸波技术为实现该目标提供了一种新的途径。近些年,科学家们针对不同的应用频段、不同应用场景研制出各式各样的超材料吸波结构。本文主要基于有源器件设计了三种应用于微波低频段的超材料吸波结构:1、基于PIN二极管设计了的透波窗口可重构的吸透一体频率选择表面。首先,利用等效电路理论设计出一个微波低频宽带吸波结构,该结构对入射波极化方向不敏感,可以在0.79 GHz到2.81 GHz范围内实现吸收率大于90%的吸波效果。接着,在该吸波频带内设计出一个传输通带,构成带有传输窗口的吸波结构。最后,在底层结构上加载有源器件PIN二极管及电阻,通过改变PIN二极管的开关状态来实现透波窗口的可重构性。在0.8 GHz到3.4 GHz范围内反射系数均小于-10 d B,当二极管处于截止状态时,1.6 GHz处存在传输窗口;当二极管处于导通状态时,传输窗口关闭,整体结构呈现全吸波的效果。该可重构结构性能通过横电磁波小室测试方法得到了验证,实现了通信模式和隐身模式之间的切换。2、基于变容二极管设计了频率可调控吸波结构的研究。首先利用等效电路理论设计了一个单极化吸波结构,在结构中加载变容二极管,当电容值从1.46 p F逐渐减小到0.35 p F时,吸收频率从0.81 GHz连续增大到1.46 GHz,结构整体厚度仅为5.5 mm。接着将该结构拓展为双极化频率可调吸波器,并对样品进行了测试。当改变变容二极管的反向偏压在4 V到20 V之间时,吸波频率在0.8 GHz到1.45 GHz范围内变化,且吸收率均大于90%。最后将该低频可调吸波结构与高频宽带吸波结构进行复合,拓展了吸波带宽,仿真及实验验证了其可以对低频段的电磁能量进行智能可调谐吸收,对高频段的电磁能量进行宽带吸收。3、基于Non-Foster电路设计了微波低频宽带吸波结构。Non-Foster元件具有普通无源器件相反的物理特性,在宽带匹配领域中有着重要的应用价值。我们将-80 n H的负电感引入到吸波结构中,在31 mm厚度的基础上仿真实现了0.22GHz到1 GHz频率范围内的吸波效果。接着基于运算放大器设计了Non-Foster电路,仿真实现了所需的负电感效应。最后将该电路结构带入吸波结构中进行联合仿真计算,在0.3 GHz到1.87 GHz范围内实现了超宽带的吸波效果,打破了了Rozanov理论中吸波结构厚度与带宽之间的限制。