1. 研究目的与意义（文献综述）
超材料（Metamaterials）是一种人工设计的亚波长周期性单元结构，赖于其基本单元特殊的结构，与自然界中存在的材料相比具有如负折射率、负磁导率、负介电常数、逆多普勒效应等物理特性。超表面（metasurface）是超材料（metamaterial）的二维平面阵列形式，由具有亚波长尺寸的人工“原子”周期或者非周期地排列而成，其厚度远小于工作波长，是一种新型的人工电磁媒质。对于超表面结构，人们可以通过自由设计单元结构、单元排列方式及单元各向异性，来控制等效电磁参数从而实现自然界中不存在或者很难实现的介电常数和磁导率，进而控制反射电磁波的吸收与传播 。 近几年来，超表面材料已成为超材料研究领域的热点和前沿。其中，能对电磁波波前相位进行一定的操控的相位梯度超表面更引起众多研究者的关注和深入研究。相位梯度超表面材料提出，最早于2011年由Yu等利用超薄单层金属结构超表面的相位突变实现对光波的波束整形和传播方向的任意调控，给出了广义折反射定律（斯涅尔定律）[1]，并利用V字形周期阵列设计了相位梯度超表面，产生了涡旋波束[2]。之后，很多学者开始对相位梯度超表面进行了大量研究。Pu等采用对称的T形周期性结构，成功设计了可以产生0~2π相位变化的超表面单元结构 ，实现了光束的异常反射[3]。Lin等采用开口圆形谐振环结构设计的梯度超表面，实现线极化入射波转换为左/右旋极化波并实现入射波的异常反射[4]。孙彦彦等利用费马原理分析研究了相位梯度超表面材料的相位突变情况[5]。以Zhou为主要研究者的研究组利用H形金属结构设计了单层的反射相位梯度超表面，将垂直入射的电磁波耦合为表面电磁波，实现了特定频带内的一维电磁波反射聚焦[6,7]。Wang等采用开口谐振环设计了反射型相位梯度超表面，实现了将特定极化的入射电磁波高效地耦合为表面波[8]，并利用同极化反射超表面单元阵列，设计了高效的反射型圆极化相位梯度超表面[9]。李勇峰等利用圆极化波的同极化反射特性，按照一定空间阵列周期排布，设计了高效的相位梯度超表面，实现了对左右旋入射波产生相反的相位梯度的功能[10,11]。相位梯度超表面的物理机制是 ，入射的电磁波与超表面结构单元相互作用后形成了局域共振效应，产生的局域共振模式的层间耦合能在亚波长尺度上对入射电磁波进行一定的调控，从而实现对入射波束的波前控制和整形[12,13]。与一般的超材料相比较，具有极化转换梯度的二维阵列结构超表面，不仅有体积小、易于加工、性能稳定等特点，还能够实现负折射和波束偏转等奇特的物理现象，因此在实际应用中具有很大的发展前景。针对现有结构吸波材料在P、L波段吸波性能较弱的问题，本课题拟从材料与电磁波的相互作用出发，综合考虑多种吸波机理，探索多机理复合结构材料在实现低频强吸收和宽频吸收的潜力。设计多层梯度结构的吸波涂层，获得在P-Ku波段范围内较好的吸收性能，并探索其吸波机理。并利用它的极化转换功能和相位梯度功能，实现电磁波传播方向的调控。将极化转换梯度超表面与吸波涂层结合，增加电磁波束的传播路径，进一步增强吸波涂层对电磁波的损耗作用，提高吸收性能。
2. 研究的基本内容与方案
研究的基本内容：
本课题将具有极化转换的双圆弧-切线结构梯度超表面与吸波涂层相结合，利用梯度超表面的异常反射和异常折射效应增加电磁波束在吸波涂层中的传播路径，从而增强吸波涂层对电磁波的损耗作用，提高吸收性能。主要研究内容为：
1) 设计多层梯度结构的吸波层板，根据其吸波性能、电场和能量分布，探索其吸波机理；
3. 研究计划与安排
第1-3周：查阅相关文献资料，明确研究内容，了解吸波隐身材料的发展现状，针对现存问题提出实验方案并对其可行性进行调研和讨论，完成开题报告。
第4-6周：学习cststudio的使用，并完成吸波性能的模拟优化。
第7-10周：通过遗传算法设计多层梯度结构的吸波层板，获得在p-ku波段范围内较好的吸收性能，并探索其吸波机理。
4. 参考文献（12篇以上）
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