基于特征模分析的宽带超材料吸波体设计与角稳定性增强研究

为解决宽带功能、极化不敏感性和角稳定性协同优化的难题，研究人员采用特征模(CM)分析创新设计四款频率选择表面(FSS)构型，实现6.22-21.10 GHz超宽带吸收(相对带宽108.9%)，厚度仅0.083λL。该研究通过CM理论系统指导电阻加载与结构迭代，实验验证了多模态耦合机制在雷达隐身等领域的应用潜力。

　　

电磁波吸收材料在隐身技术、能量收集等领域具有重要应用，但传统设计方法面临宽带功能、极化不敏感性和角稳定性难以协同优化的瓶颈。现有等效电路模型依赖经验调谐，而有效介质理论难以解析复杂频率选择表面(FSS)的物理机制。针对这些挑战，研究人员提出采用特征模(CM)分析这一创新方法，通过分解结构的本征电流模式，建立几何设计与电磁响应的直观关联。

中国某研究团队在《Results in Engineering》发表论文，通过CM分析设计出基于八角环形FSS的超材料吸波体。研究采用多层FR-4基板与空气隙阻抗匹配技术，结合电阻加载优化，利用CST全波仿真软件进行模态特征分析。通过系统调控M₁/M₂和M₇/M₈双模态群，实现了6.22-21.10 GHz超宽带吸收。

在"设计与分析"部分，研究团队构建了四种八角环形FSS变体(MA-I至MA-IV)，通过模态显著性(MS>0.707)筛选有效模式。MA-III通过角部加载子单元激发M₇/M₈模态，将-10 dB带宽扩展至6.35-19.0 GHz。

"结果与讨论"显示，MA-IV在220Ω和270Ω电阻精确加载下，吸收带宽达108.9%，厚度仅0.083λ_L。特征电流分布表明，内-外环耦合有效抑制了传统六边形FSS的栅瓣效应。

实验验证部分证实，20×20单元样品在TE/TM极化下吸收差异<5%，50°入射时带宽保持率达75.96%。相比同类研究，该设计在带宽、厚度(0.083λ_L)和角稳定性(50°)方面均具优势。

研究结论指出，CM分析为超材料设计提供了系统性框架，首次通过模态电流峰值分布指导电阻加载。该吸波体在5G/6G通信和雷达隐身领域展现出应用潜力，其多模态协同架构为多功能电磁器件开发奠定了方法学基础。