超材料是一类基于人工设计结构的复合材料,呈现出天然材料所不具备的超常物理性质。基于超材料的完美吸波体因在国防和电磁防护等领域有广阔的应用前景而备受关注。电磁隐身和电磁防护不仅需要吸波体具有强的吸波能力,还需要吸波体在工作带宽、材料柔性和重量体积等方面满足实用性要求。宽带化、小型化、柔性化的吸波体设计机理和实现方法仍然是亟待解决的科学和工程问题。本论文根据上述问题及实际应用需求,从超材料吸波原理出发,研究了一系列吸波体基本单元结构设计方法,并进行建模仿真、理论分析和实验验证,研制了适合不同带宽和频段使用的吸波体。主要工作及创新成果如下:（1）针对基于单谐结构吸波体频带窄的问题,研究了基于分形等复合多谐结构的带宽拓展方法。首先通过建立等效电路模型、仿真和实验等手段,研究了基于T型单谐结构的吸波机理及吸波频率调节方法。接着,基于多谐吸波机理,提出了一类基于不同结构复合的多谐吸波体设计方法,研制了基于分形的复合双谐和三谐吸波体,并通过建模仿真和实验验证了设计方法的可行性。结果表明:所设计的吸波体在不增加单元大小和层数的情况下拓展了吸波带宽,吸收率大于50%的相对带宽达到18.5%,优于同类型的吸波体,可以通过尺度变换适合应用在太赫兹、近红外、红外和可见光等多个频段。（2）针对特高频（UHF,Ultra High Frequency）吸波体设计存在体积庞大和吸波带窄的问题,提出了基于多折结构耦合增强的设计方法。首先通过建立结构的等效电路模型,研究了单元间耦合增强降低吸波体谐振频率以实现小型化的设计方法。其次,研究了特定单元尺寸情况下,基于分形曲线结构进一步降低谐振频率的小型化吸波体的设计方法。接着,研究了多折曲线与耦合增强结合实现吸波频率降低的方法,仿真和实验结果表明所提出的吸波体小型化效果明显。所设计吸波体结构的单元尺寸与吸波波长的比为1/68,远远小于现有的小型化设计。并在此结构基础上,研究了利用贴片电阻拓展单个谐振峰带宽同时实现吸波体的小型化和宽带化设计。小型化的吸波体更能应用在通信频段实现电磁防护。（3）针对刚性吸波体结构难以满足复杂结构对曲面吸波体的实际需求问题,研究了基于柔性材料和加载集总元件的带宽拓宽设计方法。首先,研究了加载集总元件的宽频带超材料吸波体,在单元结构中加载集总元件能够有效地改善电磁谐振特性与阻抗匹配特性,增强欧姆损耗展宽吸收频带。接着,利用反演法提取的等效电磁参数和结构表面电流分布解释其吸收机理,以及通过能量损耗分布特点分析其吸收主体。最后,根据损耗机理,削减已不重要的介质层,并利用设计的吸波体是单层介质加载谐振结构,研制了具有轻薄、便携可低成本大批量制作的单层多谐振结构超宽带柔性吸波体,并针对圆柱体实际应用场景进行了测量,结果证明该超宽带吸波体柔性好、曲面贴合程度高,大大增强了超材料吸波体的实用性,吸收率大于90%的相对带宽达到119%,高于同类型现有设计,可以覆盖多个雷达波段。本文所述的多谐和分形结构为在任意频段实现宽带化吸波体设计提供了新思路,基于多折线的小型化吸波体设计为通信频段电磁防护的应用提供了更多可能性。轻薄、柔性化的吸波体设计对超材料吸波体的进一步实际应用具有重要意义。