自动化技术和机器人技术的快速发展在给人类生活带来便捷的同时,也带来了较为严重的电磁辐射,不仅会影响产品功能,缩短使用寿命,而且可能引起某些组织病变,从而严重威胁人体健康,因而对电磁波吸收方法及新型吸波器件的研究成为一大学术热点。理想的微波吸收材料及器件需要同时满足“宽、轻、薄、强”的要求,针对现有的器件结构吸收频带不够宽及材料笨重等问题,本文选择了不同损耗特性的吸波剂材料并测试其电磁参数作为算法搜索库,采用遗传算法作为优化手段,以最小反射损耗和最大吸收频率带宽作为优化目标,设计出具备低反射、高吸收、宽频带的多层复合吸波结构,并用有限元方法进一步优化降低吸收结构质量,较系统地完成了高吸收、低反射、宽频带以及低质量的多层复合吸波结构的研究。本文的主要研究工作如下:1.阐述了电磁吸波结构的研究背景和意义,综述了国内外对于非层状吸波结构、层状吸波结构以及多场耦合的电磁吸波结构仿真的研究现状,总结了现有研究存在的问题,提出了本文的研究目标和研究内容。2.针对目前多层复合吸波结构频带不够宽、吸收强度不够高、吸收频段不可调以及结构质量不够低问题,讨论了使用遗传算法和有限元方法相结合作为优化手段的必要性和可行性。以传输线理论为基础,分析了多层复合吸波结构的电磁波传输机制,在此基础上建立了以厚度和层数作为约束条件,以最小反射损耗与最大带宽作为目标函数的数学模型,并阐述了使用遗传算法的求解流程。进一步以有限元方法为基础、多孔结构为研究对象,给出了使用多孔结构优化多层吸波结构的优化方法与设计流程,完成了多层复合轻质吸波结构的优化设计。3.为解决多层复合吸波结构吸波强度不够、频带不够宽和频段不可调的问题,提出了使用不同损耗类型吸波剂材料的电磁参数作为算法搜索库,采用控制变量法并结合工程需求确定了多层复合吸波结构的层数与厚度的限定,并用遗传算法优化出具备高吸收、宽频带以及频段可调的多层复合吸波结构。研究表明,多层复合吸波结构的总层数设置为5,厚度限制设置为5mm时具备较大的工程应用价值,使用混合型数据库在2-18GHz频段上优化得到的多层复合吸波结构得到的最小反射损耗为-30.7d B,其中低于-20d B的带宽为3.3GHz,吸收强度、带宽以及厚度等性能参数均优于现有类似研究。此外,还进行了分频带的优化,其中混合型数据库可以在10GHz范围内实现可控频带的优化,而单一型数据库仅能实现在6GHz频带范围内频带可控或者不能在2-18GHz频段上实现频带可控,体现了使用混合型数据库设计多层复合吸波结构的优势。4.为进一步降低材料密度和结构质量,采用有限元方法探究了多孔结构的孔隙率、孔径以及孔的分布对磁损耗型材料与介电损耗型材料吸波性能的影响,同时分析了多孔结构对材料吸波性能的影响机理,进一步对多层复合吸波结构进行优化从而得到一种多层复合轻质吸波结构。仿真结果表明,设计出的多层复合轻质吸波结构能够达到0.4334d B/mm3的电磁吸收能力,整体吸波属性相比于未加孔时提升了8.54%。