超材料吸波器（metamaterial absorber, MA）通常由周期性排布的导电图案层，介质层与金属反射地板层构成。根据阵列天线理论，当阵元间距过大时，会在主波束所在半平面内出现与主波束指向不同的波束，称之为栅瓣。对于周期性排布的超材料吸波结构，将各单元看作是空间平面波馈电的反射型阵列，入射角度和单元间距可以决定各单元的相位差，其雷达散射截面（Radar Cross Section, RCS）也遵循同样的栅瓣规律。当超材料单元周期过大，会导致在工作频带内出现栅瓣，从而影响双站RCS隐身效果，增加被敌方探测到的概率。

传统小型化吸波器设计方法有两种：金属蜿蜒线结构和金属化通孔结构。前者在顶层平面内通过弯折金属条带，充分利用顶层空间，从而实现压缩周期的效果，该方法小型化程度有限，顶层区域被填满即为小型化极限；后者引入金属化通孔可以将介质内的纵向空间利用起来，利用金属化通孔延长电流路径实现小型化，该方法受到通孔厚径比(H/D)加工极限的限制；此外三维吸波器通常可以将周期压缩到极小，但通常以厚度为代价，此外复杂的加工手段限制了其实际应用。

西安电子科技大学天线与微波技术重点实验室吴边教授课题组近期提出一种基于金属化通孔和石墨烯-金属结构的周期超小型化吸波器。该吸波器结合了两种小型化方法优点，采用金属化通孔与金属蜿蜒线设计吸波器单元，充分利用顶层水平区域和介质中垂直区域的空间，并采用石墨烯可控方阻的印刷电阻膜替代需要焊接的集总电阻元件，在不牺牲剖面的前提下设计完成了周期高度小型化超材料吸波器，得益于其极小的周期，在工作频带内，大角度斜入射下的单站与双站RCS均有极佳的减缩效果。所提出的周期高度小型化吸波器工作带宽覆盖2.73~7.54 GHz，周期仅5mm（仅为最低频率对应波长的0.045倍），相关研究成果以“Miniaturized Periodicity Broadband Absorber with Via-Based Hybrid Metal-Graphene Structure for Large-Angle RCS Reduction”为题，发表于IEEE Transactions on Antennas and Propagation，2022,70(4), 2832-2840，DOI:10.1109/TAP.2021.3125384。西安电子科技大学博士后赵雨桐为本文第一作者，硕士生陈彪为学生第一作者，吴边教授为论文的通讯作者。

图1 周期高度小型化吸波器单元结构和大角度入射双站RCS减缩效果

图2 周期超小型化吸波器加工实物和石墨烯油墨制备工艺

图3垂直入射和大角度入射的雷达波反射系数仿真与实测结果

文章链接：https://ieeexplore.ieee.org/document/9611081

作者简介：

吴边，西安电子科技大学教授，博士生导师，天线与微波技术重点实验室“华山学者”特聘教授，西安市毫米波与太赫兹技术重点实验室主任，“电磁信息感知技术”111学科引智基地副主任，中国电子学会空间电子学分会委员，中国电子学会高级会员，IEEE高级会员，陕西省青年科技新星。主要从事微波毫米波器件与系统、低维材料电磁器件与天线、毫米波与太赫兹系统等方面研究。主持国家自然科学基金青年、面上项目、陕西省重点研发计划、预研项目以及产学研项目等30余项。在Carbon，IEEE TMTT，IEEE TAP等期刊发表论文120余篇，其中SCI检索论文100余篇，获授权国家发明专利30余项，专利转让5项，出版专著1部。曾获陕西省优秀博士论文，陕西省科学技术二等奖，作为第一完成人获陕西省高校科学技术一等奖和陕西省电子学会科技进步二等奖。

撰写：陈彪
审核：吴边