该文档报告了一项关于基于石墨烯和随机超表面的宽带微波吸收器的研究，属于类型a。以下是详细的学术报告：
主要作者及机构
本研究的主要作者包括Bei-Bei Xing、Zhen-Guo Liu、Wei-Bing Lu、Hao Chen和Qing-Dong Zhang。他们分别来自东南大学毫米波国家重点实验室和中国航空工业集团公司特种结构复合材料研究所。该研究发表于2019年12月的《IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters》期刊，第18卷第12期。
学术背景
电磁波吸收器（Electromagnetic Absorber）是一种能够抑制电磁波反射和传输的装置，广泛应用于无线通信、电磁兼容性、隐身和伪装技术等领域。在实际应用中，可调谐吸收器因其灵活性而备受关注。传统的可调谐吸收器通常通过集成变容二极管或PIN二极管等元件实现，但这种方法复杂且成本较高。近年来，基于石墨烯的可调谐吸收器因其独特的电学特性而成为研究热点。石墨烯在微波频率下表现为无频散特性的电阻膜，其表面电阻可通过外部偏置电压进行调控，从而实现动态可调谐的电磁波吸收。
本研究的目的是设计一种具有宽频带和动态可调谐特性的微波吸收器。通过结合石墨烯和随机超表面，研究团队希望实现更宽的吸收带宽和更低的剖面厚度，同时通过偏置电压调控石墨烯的表面电阻，实现吸收率的动态调节。
研究流程
研究流程主要包括以下几个步骤：
宽带吸收器设计
研究首先设计了一种基于随机超表面的宽带吸收器。吸收器由一层接地介质基板（FR-4）、一层随机超表面和一层空气间隔组成。随机超表面由12种不同形状的单元（如方形、环形和内切圆形）随机排列而成，这些单元具有不同的谐振频率，从而在宽频带内实现连续的反射谷值，扩展吸收带宽。通过优化单元参数，研究团队确定了12种单元的最终尺寸。
阻抗匹配与吸收率分析
研究团队通过等效传输线模型分析了不同表面电阻对吸收率的影响。结果表明，当表面电阻为377 Ω/sq时，吸收器在5至31 GHz频带内的吸收率最高（超过80%）。研究还探讨了表面电阻低于或高于377 Ω/sq时的吸收性能变化，为后续石墨烯电阻膜的动态调谐提供了理论依据。
石墨烯电阻膜的动态调谐
为了实现动态可调谐特性，研究团队用石墨烯替代了原有的电阻膜。通过多层石墨烯的叠加，石墨烯的表面电阻范围被降低至80至380 Ω/sq，使其更适合作为宽带微波吸收器的电阻膜。实验采用铜箔基单层石墨烯，并通过四次卷对卷转移工艺将四层石墨烯叠加在同一片PVC上，形成新的石墨烯夹层结构（GSS）。通过施加偏置电压，石墨烯的表面电阻可在80至380 Ω/sq范围内动态调节。
样机制作与测量
研究团队制作了吸收器样机，并通过自由空间微波材料测量系统对其性能进行了测试。样机由随机超表面、介质基板和金属接地层组成，整体尺寸为120 mm × 120 mm × 6 mm。测试结果表明，当偏置电压从0 V调至4 V时，吸收器的吸收率从80%降至50%，验证了设计的可行性和动态调谐特性。
主要结果
1. 宽带吸收性能
在表面电阻为377 Ω/sq时，吸收器在5至31 GHz频带内的吸收率超过80%，且在不同入射角下（高达45°）表现出良好的鲁棒性。
动态调谐特性
通过调节石墨烯的表面电阻，吸收器的吸收率可在80%至50%之间动态变化，验证了基于石墨烯的动态调谐方法的有效性。
实验验证
模拟与测量结果基本一致，证明了该方法的准确性。尽管在实验过程中存在少量偏差，但整体性能符合预期。
结论
本研究提出了一种基于石墨烯和随机超表面的宽带微波吸收器，具有超宽带吸收和动态可调谐特性。通过多层石墨烯叠加和随机超表面设计，研究团队成功扩展了吸收带宽并降低了剖面厚度。此外，通过偏置电压调控石墨烯的表面电阻，实现了吸收率的动态调节。该方法为微波频率下功能器件的设计提供了新的思路，具有重要的科学和应用价值。
研究亮点
1. 宽频带吸收
吸收器在5至31 GHz频带内表现出高吸收率，覆盖了广泛的微波频率范围。
动态调谐特性
通过石墨烯的表面电阻调控，实现了吸收率的动态调节，为智能电磁波吸收器的设计提供了新方法。
低剖面厚度
吸收器的总厚度仅为6 mm，约为最低工作频率波长的1/10，具有显著的薄型化优势。
实验验证
研究通过实验验证了设计的可行性和动态调谐特性，为实际应用奠定了基础。
其他有价值的内容
研究还提出了一种降低石墨烯表面电阻的方法，通过多次卷对卷转移工艺将多层石墨烯叠加，从而获得更低的表面电阻范围。这一方法为石墨烯在微波吸收器中的应用提供了新的技术路径。