电磁超材料是对常规材料进行改造得到新奇的人工结构,具有超常规的物理性质,如逆Doppler效应、逆Cerenkov辐射、完美透镜等,引起了国际学术界的广泛关注。本文从超材料吸波器的相关理论出发,设计出三种无极化与宽角度吸收电磁波的吸波结构。其中包括两种基于不同电阻膜图案的宽频带超材料与一种多频带吸收结构。首先,设计了基于十字交叉状长方形环电阻膜的吸收结构。仿真结果表明,该吸收结构具有宽频强吸收,从4.75 GHz到17.57 GHz的吸收率大于90%。其相应的带宽为12.82GHz,相对带宽为115%。结构还具有极化不敏感与宽入射角度的吸波性能。功率损耗密度分布显示,结构的宽频带吸波主要取决于电阻膜的欧姆损耗。另外,利用多反射干涉理论来考察它的宽频带吸收特性。分析斜入射情况下的吸收特性发现,入射电场可以有效地激发结构的电响应,导致该结构产生谐振宽频吸收;磁场所起的激发作用较小。其次,设计了基于十字环电阻膜图案的超材料吸收结构。仿真结果表明,该吸收结构从5.54 GHz到20.3 GHz对入射电磁波具有宽频强吸收。其吸收率大于90%的带宽为14.76GHz,相对带宽为114%。该吸收结构同样具有无极化及宽角度的宽频吸收特性。接着分析超材料表面电流与电场分布来研究其吸波的深层机制。分析斜入射情况的吸收图谱发现,该十字环电阻膜超材料的宽频带强吸收主要取决于入射电场所激发的电响应;磁场所起的激发作用较小。这一结果与对表面电流与电场分布分析所得结论吻合,彼此相互印证。最后,基于传输线理论建立十字环图案电阻膜吸波结构的等效电路模型。对比计算得到的吸收率与模拟结果可知,采用等效电路模型计算十字环图案电阻膜的超材料是可行的。最后,基于开口正方形环与十字交叉状长方形环设计了嵌套的多频带吸收结构,实现了对电磁波的多频带强吸收。仿真结果表明,该吸收结构在5.22 GHz,7.10 GHz,9.67 GHz与13.73 GHz对电磁波产生强吸收,相应的吸收率分别为99.4%,97.7%,99.6%与99.5%。接着明确正方形环和十字交叉长方形环在整个吸收结构吸波性能中所起的作用。并通过四个谐振频点的功率损耗密度分布考察吸收结构内部吸波的深层机制。多频带吸收结构的功率损耗密度分布也与吸收结构不同谐振部分的仿真吸波率结果符合。电磁波斜入射时,吸收率变化趋势与前两种基于电阻膜的超材料相反。该超材料的多频带谐振吸收主要源于由入射磁场所激发的磁响应,电场所起的激发作用较小。另外,研究了多频吸收结构的金属和基板的损耗参数对其吸收特性所起的作用。