本研究由苏州大学电子信息学院的Ying Zhang和Li-Yu Zhu，以及电子科技大学长三角研究院（湖州）及电子工程学院的Xin-mi Yang共同完成。该研究成果于2023年6月20日在线发表于*International Journal of Electronics*期刊（第111卷第8期，页码1319-1330），论文标题为“Design of dual-band planar thin absorber for vehicular radar test scenario”。
随着智能交通系统的快速发展，车载雷达作为实现障碍物检测与规避的关键安全保障技术，受到了越来越多的关注。根据国际频率规划政策，车载雷达主要使用24 GHz ISM窄带（24.05 GHz至24.5 GHz）和77 GHz长短程雷达频段（76 GHz至81 GHz）两个工作频段。
在工业生产中，车载雷达模块在出厂前必须在微波屏蔽暗室（Microwave Shielding Chamber）中进行全面系统的射频性能测试。传统的微波屏蔽暗室通常采用粘贴金字塔形吸波材料（Pyramid-shaped Absorbing Material）的方式构建，但这类材料体积庞大、厚度极高，占用了暗室内大量空间，导致必须建造大尺寸暗室以容纳测试设备和人员活动。金字塔形吸波材料的庞大体积源于其宽带吸波需求，然而对于车载雷达测试场景而言，由于工作频率范围的有限性，仅需实现24 GHz和77 GHz两个特定频段的高性能电磁波吸收。
基于这一实际需求，该研究采用电路模拟吸波器（Circuit Analog Absorber，CAA）技术，旨在开发一种覆盖24 GHz和77 GHz车载雷达频段的双频平面薄型吸波器（Dual-band Planar Thin Absorber）。与传统金字塔吸波材料相比，CAA具有平面化、轻量化和小型化的优势，应用于车载雷达测试场景可显著节省测试空间。值得注意的是，尽管基于CAA原理的宽带或双频吸波表面已有诸多研究成果，但将其专门应用于车载雷达测试场景的研究报道较少。2019年，Min-Sung Kim和Sung-Soo Kim曾提出一种仅针对77 GHz单频段的CAA设计，但其工作仰角入射角最大仅为30°，角度稳定性（Angular Stability）和实用性均受限。
研究提出的平面薄型吸波器结构由三层组成：上层为蚀刻有平面周期阵列图案的导电薄膜（Conductive Film），中层为介质基板（Dielectric Substrate），底层为金属接地板（Metallic Ground）。周期单元采用导电方环（Conductive Square Ring）与导电方形贴片（Conductive Square Patch）的嵌套结构（Nested Structure），方环和贴片的方阻（Square Resistance）分别记为Rs1和Rs2。介质基板采用FR4材料，厚度h = 0.5 mm，介电常数εr = 4.4，损耗角正切tanδ = 0.01。
研究建立了平面薄型吸波器在平面波照射下的等效电路模型（Equivalent Circuit Model）。该模型由两个RLC串联支路和一个终端短路传输线并联构成，其中R1、L1、C1代表导电方环的等效电阻、电感和电容参数，R2、L2、C2代表导电方形贴片的等效参数，传输线的相位偏移常数和特性导纳由介质基板参数决定。吸波器的双频谐振行为可通过电路模型清晰解释：在24 GHz频段，终端短路传输线段因长度远小于波长而呈感性，而代表导电薄膜层的两个RLC串联支路整体呈容性，两者电纳相互抵消产生第一谐振；在77 GHz频段，传输线段长度略长于四分之一波长而呈轻微感性，两支路分别呈感性和容性导致总电纳略小于零，再次逼近零值产生第二谐振。通过调节输入导纳的实部使其在两个谐振频段接近自由空间特性导纳，即可实现对入射电磁波的高效吸收。
等效RLC参数的提取遵循特定流程：首先根据方环与贴片的尺寸及方阻，借助文献中的近似解析公式计算初始值；随后根据实际仿真获得的两吸波频段中心频率对初始值进行微调；最后借助ADS软件优化电路参数，使ADS计算的反射系数与CST仿真结果拟合一致。两种设计最终获得的等效电路参数已在文中明确给出，且计算结果与仿真结果吻合良好。
研究提出了两种基于上述双频工作原理的吸波器设计方案：
双阻值设计（Dual-Square-Resistance，DSR设计）：该设计采用导电方环和导电方形贴片具有不同方阻值的方案。具体几何参数为：单元周期a = 1.83 mm，环宽w = 0.32 mm，方环外径d1 = 0.58 mm，贴片边长d2 = 1.62 mm，方环方阻Rs1 = 6 Ω/sq，贴片方阻Rs2 = 14 Ω/sq。仿真结果表明，在法向入射条件下，70%吸收率（或-10 dB反射）的低频工作频段覆盖23.32 GHz至26.63 GHz，高频工作频段覆盖73.8 GHz至83.12 GHz，两个频段的峰值吸收率均高于98%。该设计在TE和TM极化下的角度稳定性表现一致：随仰角入射角θ增大，低频工作频段逐渐发生蓝移，但在不同方位角φ及两种极化方式下，直至θ达到35°时仍能覆盖24 GHz车载雷达频段；高频工作频段的吸波性能随θ增大逐渐劣化，覆盖77 GHz车载雷达频段的最大仰角为20°。
单阻值设计（Single-Square-Resistance，SSR设计）：为降低平面薄型吸波器的加工复杂度，研究提出了整个吸波器表面采用单一方阻值的方案，同时大幅减小单元周期以改善吸波性能的角度稳定性。具体参数为：a = 1.2 mm，w = 0.15 mm，d1 = 0.58 mm，d2 = 1.15 mm，整面方阻统一为5 Ω/sq。法向入射时，低频和高频-10 dB工作频段分别为22.14 GHz至25.36 GHz、75.55 GHz至84.17 GHz，峰值吸收率高于92%。该设计展现出显著优于DSR设计的角度稳定性：在不同方位角和两种极化方式下，低频工作频段覆盖24 GHz车载雷达频段的最大仰角可达50°，高频工作频段覆盖77 GHz车载雷达频段的最大仰角同样可达50°。
研究采用丝网印刷工艺（Screen-printing Process）制作了SSR设计的实物样品，导电薄膜使用碳墨（Carbon Ink）材料，包含200×200个周期单元，面积为280 mm×280 mm。反射系数测量在微波暗室中进行，使用一对宽带喇叭天线作为发射和接收装置，发射端连接至信号发生器驱动的倍频器，接收端连接至频谱分析仪驱动的下变频器。24 GHz频段测试时天线与样品中心距离约2 m，77 GHz频段测试时约0.8 m。为消除路径损耗及连接器、线缆、天线引入的反射损耗影响，采用相同尺寸的金属参考板（Metallic Reference Plate）进行归一化校准。受实验装置限制，仅测试了5°至20°范围的小角度仰角入射情况。
实验结果表明，在24 GHz频段，实测结果与仿真结果总体吻合良好，但实测反射率略高于仿真值，且吸收率随仰角增大的劣化趋势更为明显。在77 GHz频段，实测反射曲线存在约1 GHz的频率偏移现象：φ=0°、θ=5°或10°的TE情况下发生红移（Red Shift），TM情况下发生约0.5 GHz的蓝移（Violet Shift）；φ=45°时TE情况的实测曲线红移约0.5 GHz。整体而言，77 GHz频段的实测吸波性能差于仿真性能，但在φ=45°、θ=5°或10°时，实测最低反射系数接近甚至优于仿真结果。在5°至20°的各入射角和极化方式下，低于-10 dB的实测反射频段始终覆盖24 GHz ISM窄带，且77 GHz长短程雷达频段几乎全部被高于-10 dB的实测反射频段覆盖，仅TE情况下77 GHz频段上边缘（80 GHz至81 GHz）的实测反射系数略高于-10 dB。
实验结果的偏差主要源于两方面：一是制造误差（Fabrication Error），包括介质基板厚度波动、介电常数和电阻膜方阻的偏差以及薄膜图案几何尺寸误差；二是实验装置的不精确性，包括发射喇叭入射角未精确设定、接收喇叭未严格置于镜面反射方向以及样品夹具边缘散射引入的不确定性。
本研究针对构建紧凑型车载雷达测试微波屏蔽暗室的实际需求，成功提出了一种同时覆盖24 GHz和77 GHz车载雷达频段的双频平面薄型吸波器方案。该设计具有轻量化、超薄厚度（0.5 mm）和低加工成本的显著优势，DSR和SSR两种设计在仰角分别达到20°和50°时仍能保持稳定的双频段覆盖，均可满足大角度测试环境需求。与传统宽带金字塔吸波材料相比，该方案可大幅节省车载雷达测试场景的空间占用。
从科学价值角度，研究通过等效电路建模清晰阐释了嵌套方环-贴片结构的双频谐振吸波机理，为类似频率选择性导电薄膜吸波器的设计提供了系统化的参数提取与优化方法。从应用价值角度，该设计可采用柔性基板（如聚酰亚胺）替代刚性FR4基板实现可弯曲特性，适用于微波屏蔽暗室边角等需要共形安装的场所。此外，相较于仅支持77 GHz单频段、角度稳定性受限于30°的已有设计，本研究提出的吸波器同时覆盖两个车载雷达频段，显著拓展了应用范围。
本研究的主要亮点包括：第一，针对车载雷达测试这一特定工业应用场景，提出了双频段覆盖的定制化吸波方案，突破了传统宽带吸波材料因带宽冗余导致体积庞大的局限；第二，通过嵌套方环-贴片的频率选择性导电薄膜结构设计，以仅0.5 mm的极薄厚度实现了24 GHz和77 GHz双频段的高效吸收；第三，SSR设计采用单一方阻值方案在降低加工复杂度的同时，通过减小单元周期实现了仰角达50°的优异角度稳定性，兼顾了实用性与性能；第四，提供了完整的等效电路建模、参数提取、仿真优化到实物加工与实验验证的研究范式，验证了碳墨丝网印刷工艺制备该类吸波器的可行性。