基于双尺度4 分离层优化的石墨烯太赫兹宽带吸波结构

檀立刚，骆明伟，李 捷

（四川九洲电器集团有限责任公司 技术创新中心，四川 绵阳 621000）

引言

太赫兹雷达具有透射性好、方向性强、频谱宽、分辨率高等特点[1]，有望成为在未来战争中改变战争格局的颠覆性技术，尤其是在对四/五/六代隐身战机的反隐身探测方面将发挥重大作用，受到各国政府高度重视和广泛关注，纷纷将太赫兹技术列入颠覆性技术和战略需求。自20 世纪90年代起，美国先后开展了0.14 THz、0.22 THz、0.58 THz、0.67 THz、1.14 THz、1.57 THz 等工作频段的太赫兹雷达研究，验证了太赫兹雷达的可行性，并不断提升太赫兹雷达的作用距离[2-3]。2017 年，DARPA 开发并报道了视频合成孔径雷达（ViSAR），工作频段0.23 THz，作用距离可达10 km，成功实现了可透视云层的视频高分辨率成像和机动定位等功能。2018 年，DARPA 进一步开发出了小型化、低成本新型太赫兹成像雷达（ASTIR），具有高帧率、高分辨率、非运动成像能力，可实现广域视频监视[4-5]。随着太赫兹技术的进步，太赫兹雷达已逐步应用于空间/临近空间平台，太赫兹雷达大气远程探测已不再遥不可及[6-7]。

纵观太赫兹雷达发展历程，太赫兹雷达典型工作频率有0.14 THz、0.22 THz、0.58 THz、0.67 THz、1.14 THz 和1.57 THz，主要集中在0.1 THz～2 THz低频波段。鉴于未来远程太赫兹雷达对现有装备构成的潜在巨大威胁，如何实现对太赫兹雷达的高效对抗与隐身成为亟待解决的现实问题。超材料吸波结构的出现与快速发展为太赫兹雷达对抗与隐身提供了可行的技术途径，有望成为太赫兹雷达对抗与隐身的有效手段。现有多数超材料吸波结构仅对单一频率较窄波段范围内实现近完美吸收，无法满足太赫兹雷达对抗与隐身所需的宽带和高吸收效率要求，超材料宽带吸收结构设计又往往比较复杂，已成为超材料吸波结构研究的热点和难点。在多波段或宽波段吸收器研究方面，Tao 等人[8]通过优化设计，实现了一种在1.4 THz和2.9 THz 处理论吸收率达99.99%的双波段太赫兹吸收器，在1.4 THz 处吸收率为85%，在3.0 THz处吸收率为94%。Wen 等人[9]设计了一种双波段太赫兹吸收器，在0.50 THz 和0.94 THz 处吸收率可达99%。Ma 等人[10]设计了一种太赫兹双波段吸收器，在2.7 THz 和5.2 THz 处吸收率约70%。Shen 等人[11-12]设计了一种太赫兹波段3 波段吸收器，在0.5 THz，1.03 THz 和1.71 THz 处吸收率优于96%。邹涛波等人设计了一种多波段太赫兹吸收器，在4.5 THz～5.7 THz 波段内吸收率优于80%[13]。Cui 等人[14]实验验证了一种长波红外宽波段吸收器，实现了7 μm～13 μm 波长范围的宽波段近完美吸收。Cui 等人[15]设计了一种中波红外宽波段吸收器，在3 μm～5.5 μm 波长范围内垂直入射时吸收率大于95%。Ding 等人[16]设计了一种金字塔宽带吸收器，在7.8 GHz 到14.7 GHz 范围内，垂直入射时吸收率大于90%。在石墨烯动态调控方面，顾钰等人[17]设计了一种太赫兹宽带动态调节吸收器，实现了吸收率优于90%，频率范围从2.04 THz～3.53 THz 和3.15 THz～4.24 THz 连续动态调节。Xiao等人[18]设计并验证了一种基于石墨烯-垂直排列碳纳米管杂化物的柔性超宽带太赫兹吸波器，在0.2 THz～3.0 THz 范围内平均功率吸收率为98.6%。Liu 等人[19]提出了一种基于二氧化钒-石墨烯混合结构的双波段可调谐吸波器，通过改变二氧化钒金属或介电状态以及调节石墨烯费米能级，成功实现了在0.4 THz 处吸收率45.3%～94.5%和1.0 THz处吸收率31%～96.3%的动态调控。Zhang 等人[20]设计了一种具有波段切换能力的超材料完美吸收器，实现了500 nm～1 700 nm 波长范围宽带吸收和589 nm、1 097 nm 处双波长窄带吸收之间的波段切换，在500 nm～1 700 nm 范围内宽带吸收率优于93%，在589 nm 和1 097 nm 处吸收率100%，具备极化独立性和角度不敏感性。Bao 等人[21]利用图案化石墨烯和多层膜系结构设计了一种具备调控能力的多波段石墨烯超材料吸波器，实现了在0.139 THz、0.415 THz、0.685 THz 和0.931 THz处的完美吸收，分析了石墨烯调控效能。Bao 等人[22]在多层膜系上对石墨烯层图案化实现了4 波段角度不敏感的石墨烯超材料吸波器，在3.67 THz，4.73 THz，5.90 THz 和6.94 THz 处具备角度不敏感性的窄带完美吸收效能。Wang 等人[23]设计了峰值可调控的石墨烯基多腔对波导系统，在5 μm～8 μm 红外波段实现了多吸收峰值的有效调控。

综上所述，目前太赫兹宽带超材料吸波器结构大多集中在太赫兹高频波段，存在高吸收率频率范围展宽较小、高吸收不连续等问题，典型太赫兹雷达工作频段范围内的宽带超材料吸波器较少，石墨烯可作为调控手段实现对吸波带宽的有效动态调控。本文针对典型太赫兹雷达工作频率范围0.1 THz～2 THz，设计了一种石墨烯太赫兹宽带吸波结构，具有对0.1 THz-2 THz 范围内入射太赫兹波连续吸收效率优于80%的吸波效能，满足太赫兹雷达对抗与隐身需求。

1 宽带吸波结构设计

传统超材料吸波结构通常为金属/介质/金属3 层结构形式，只有当表面金属层结构、介质层和底面金属反射层构成的等效谐振电路的等效阻抗与自由空间阻抗匹配时，才可实现特定频率附近窄带近完美吸收。超材料宽带吸收主要利用多吸收峰的叠加吸收效应，由不同尺寸的表面层金属结构在表面等离子元作用下实现多峰吸收。多峰吸收的叠加能否满足设计要求取决于多吸收峰的吸收带宽，,每个吸收峰的吸收带宽又与介质层的厚度紧密相关。因此，要达到宽带连续吸收性能要求，需要开展多尺度多分离层结构设计来实现。

1.1 基本吸波结构单元设计

为达到吸波频率范围动态可调控目的，在设计基本吸收结构单元时，在传统的金属/介质/金属3 层结构基础上，表面金属层和介质层中间插入均匀单层石墨烯层作为调控层，从而构成金属层/石墨烯层/介质层/底层金属层的4 层基本吸波结构单元，如图1 所示。

图1 金属/石墨烯/介质/金属4 层基本吸波结构单元示意图Fig. 1 Schematic diagram of four layers basic absorbing unit of metal/graphene/dielectric/metal

基本吸波结构单元的表面金属层结构采用正方环形，材质选用镍镉合金，厚度为15 nm，色散模型使用金属Drude 模型： ε(ω)=1-ω2p/(ω2+iωΓ)，等离子体频率 ωp和电子碰撞频率 Γ分别为2.90×1015rad/s 和1.65×1014Hz。上层的均匀单层石墨烯层厚度为0.334 nm，由于太赫兹波最短波长为30 μm，远远大于石墨烯层厚度，仿真时一般将石墨烯层厚度设置为1 nm，不会影响仿真结果。中间介质层采用聚酰亚胺，因为大部分非金属材料在太赫兹波段损耗均极低，介电常数设置为3.5。底层金属反射层选用铝，厚度为2 μm，电导率为4×107S/m[17]。在表面等离子元作用下，表面金属和底层金属层形成金属等效谐振电路，石墨烯层和底层金属层形成石墨烯等效谐振电路，2 个等效谐振电路并联形成金属层/石墨烯层/介质层/底层金属层对应的等效谐振电路，如图2 所示。

图2 等效谐振电路示意图Fig. 2 Schematic diagram of equivalent resonance circuit

下面详细阐述等效谐振电路参数推演方法[24]。

1） 表面金属层结构参数确定

表面金属层结构参数包括表面金属层的结构形状、结构尺度、层厚度，结构形状选用正方环形，可增加结构尺度，内径边长为外径边长的3/4。表面金属层的结构尺度与吸收频率对应的吸收波长相关，设计为吸收波长的1/4，即：

表面金属层厚度应小于金属趋肤深度，设计为小于金属趋肤深度的1/3，即：

2） 金属等效谐振电路参数推演

基本吸收结构单元的吸收率由A=1-R-T计算得出。其中T代表透射率，R代表反射率，即：

Z0≈377 Ω为自由空间阻抗。因为底层金属反射层具有足够的厚度使透过率为零，吸收率仅与反射率有关，当Z=Z0时，可达到完美吸收效果A=1。等效电阻Z可以通过改变石墨烯层的偏置电压进行调控，从而达到调控吸收频率范围的目的。

1.2 多尺度多分离层结构优化

上述单一尺寸的基本吸收结构单元仅能实现设计波长的窄带近完美吸收，还需进行多分离层优化设计，以拓展吸收带宽。由于表面等离子元效应受入射电磁波频率影响，单一尺寸的宽带吸收拓展能力有限，超宽带吸收需要多尺度表面层金属结构和多分离介质层结构共同完成。其中，多尺度表面金属结构用于典型特征吸收频率的近完美吸收，多分离层结构用于拓展多吸收峰的吸收带宽，而每个基本结构单元的表面金属层结构尺寸、多分离层的介质层厚度及层数等多个参数需要不断尝试，花费过多精力且效果较低。本文在吸收带宽和吸收效率的约束下，利用智能优化算法对多尺度、多分离层结构参数进行全局优化，从而确定最终结构参数。基于遗传算法多分离层结构优化流程如图3 所示。

图3 基于遗传算法多分离层结构优化流程Fig. 3 Flow chart of multi-layer structure optimization by genetic algorithm

为尽量降低工艺复杂度，对单一尺度基本吸波结构单元进行4 分离层结构设计。将每层的等效电阻 [Z1,Z2,Z3,Z4]、 等效电感 [L1,L2,L3,L4]、等效电容[C1,C2,C3,C4]、 介质层厚度 [d1,d2,d3,d4]构成的一维向量作为初始化参数，输入至遗传算法优化程序中，即初始化参数para=[Z1,Z2,Z3,Z4,L1,L2,L3,L4,C1,C2,C3,C4,d1,d2,d3,d4]，遗传算法输出结果为优化后各分离层的等效电阻、等效电感、等效电容和介质层厚度。

为实现“满足0.1 THz～2 THz 波段范围内吸收率优于80%”的设计目标，项目组设计了以金属层/石墨烯层/介质层/底层金属层为基本结构单元的双尺度4 分离层结构，共计25 层小层结构。其中，表面金属层、石墨烯层和介质层均为8 层，底层金属反射层为1 层。表面金属层厚度为15 nm，石墨烯层厚度为1 nm，双尺度4 分离层结构如图4所示，各层具体结构参数见表1 所示。

图4 双尺度4 分离层结构示意图Fig. 4 Schematic diagram of dual scale and four separation layers structure

表1 双尺度4 分离层结构各层参数Table 1 Parameters of each layer of dual scale and four separation layers structure

2 太赫兹宽带吸波结构吸收性能仿真与分析

2.1 单一尺度4 分离层结构吸收性能仿真

针对典型太赫兹雷达工作频率0.14 THz、0.22 THz、0.58 THz、0.67 THz、1.14 THz、1.56 THz，对每个工作频率进行4 分离层结构优化，以明确单一尺度4 分离层结构的吸收性能，初始化参数由上述1.1 节等效谐振电路参数推演方法确定。

对应于太赫兹雷达工作频率的表面金属层方环形结构尺度分别为640 μm～480 μm，320 μm～240 μm，160 μm～120 μm，80 μm～60 μm，60 μm～40 μm，40 μm～20 μm，为描述方便，记为尺度1～尺度6。利用多分离层结构优化流程，项目组采用matlab 软件开发了多尺度多分离层结构优化仿真程序，在0.1 THz～2 THz 频率范围内对多分离层结构参数进行全局优化，并获得优化后尺度1～尺度6 的4 分离层结构的吸收率，如图5 所示。从图5 可以看出，尺度1 吸收率优于80% 的频率范围为0.23 THz～0.3 THz，0.75 THz～0.82 THz，1.28 THz～1.35 THz，1.81 THz～1.86 THz；尺度2 吸收率优于80%的频率范围为0.63 THz～1.42 THz；尺度3 吸收率优于80% 的频率范围为0.72 THz～1.62 THz；尺度4 吸收率优于80% 的频率范围为0.72 THz～2 THz；尺度5 吸收率优于80% 的频率范围为0.78 THz～2 THz；尺度6 吸收率优于80%的频率范围为0.56 THz～1.97 THz。由此可以得出以下结论：1） 单一尺度4 分离层结构的吸收性能均无法满足0.1 THz～2 THz 频率范围内连续吸收率优于80%的要求；2） 尺度1 在0.1 THz～0.5 THz范围内的吸收率优于尺度2～尺度6 的吸收率，吸收性能呈现周期性，尺度2～尺度6 在0.5 THz～2.0 THz 频率范围内吸收率优于尺度1；3） 尺度2～尺度6 吸收率优于80% 的频率下限向低频偏移。因此，通过合理的双尺度4 分离层设计，拓展了尺度1 吸收率优于80% 频率范围，并叠加尺度5 或尺度6 的吸收性能，可以实现0.1 THz～2 THz频率范围内吸收率优于80%的设计目标。

图5 单一尺度4 分离层结构吸收效率仿真Fig. 5 Absorption efficiency simulation of single scale and four separation layers structure

2.2 双尺度4 分离层结构吸收性能仿真

从图5 中单一尺度4 分离层结构吸收性能仿真结果可以看出，通过对双尺度4 分离层结构优化，有望满足设计要求，因此，选用尺度1 和尺度6 为基本吸波结构单元进行双尺度4 分离层结构优化设计。由（1）式～（7）式获得的尺度1 基本吸波结构单元等效谐振电路参数为：等效电阻300 Ω，等效电感2.25×10-17H，等效电容5.19×10-12F，介质层厚度200 μm。尺度2 基本吸波结构单元等效谐振电路参数为：等效电阻341 Ω，等效电感1.16×10-20H，等效电容3.32×10-10F 和介质层厚度19.1 μm。双尺度4 分离层结构优化的初始化参数利用对尺度1 和尺度2 的等效谐振电路参数进行扩展得到。双尺度金属层/介质层/底层金属层4 分离层结构吸收率仿真结果如图6 所示。

图6 双尺度金属层/介质层/金属层4 分离层结构吸收率仿真结果Fig. 6 Absorption efficiency simulation of dual scale and metal/dielectric/metal four separation layers structure

从图6 中双尺度4 分离层结构吸收率仿真结果可以看出，尺度1 的4 分离层结构在0.22 THz～0.85 THz 频率范围内吸收率优于80%，尺度2 的4 分离层结构在0.62 THz～2.0 THz 频率范围内吸波率优于80%。尺度1 吸收效率优于70%的频率范围为0.12 THz～0.95 THz，主要贡献在0.1 THz～0.9 THz 低中频率范围的吸收。尺度2 吸收率优于70%的频率范围为0.5 THz～2 THz，主要贡献在0.5 THz～2 THz 中高频率范围的吸收。在0.1 THz～0.12 THz 频率范围内，尺度2 吸收率优于10%，叠加尺度1 的吸收效率后可达到吸收率优于80%的设计要求。

2.3 石墨烯层对双尺度4 分离层结构吸收性能的影响

以金属层/介质层/底层金属层为基本吸波结构单元进行双尺度4 分离层结构吸收率仿真，结果见图6 所示。从图6 可以看出，即使不加入石墨烯层，依然可以达到吸收频率范围和吸收率的设计要求，石墨烯层的作用在于可实现对吸收频率范围的调控并提升部分吸收率。加入石墨烯层将改变金属层/介质层/底层金属层结构的等效谐振电路参数[4]，可根据（8）式～（18）式确定加入石墨烯后尺度1 和尺度2 金属层/石墨烯层/介质层/底层金属层基本吸波结构单元的等效谐振电路参数，并作为双尺度4 分离层结构优化的初始化参数。优化后的双尺度金属/石墨烯/介质/金属4 分离层结构的吸收率仿真结果如图7 所示。

图7 双 尺 度 金 属/石 墨 烯/介 质/金 属4 分 离 层 结 构 吸 收 率仿真Fig. 7 Absorption efficiency simulation of dual scale and metal/graphene/dielectric/metal four separation layers structure

从图7 可以看出，石墨烯层加入前后，吸波体结构的总体吸收性能大体一致，这是由于表面金属层结构尺寸未发生明显变化，仍然表现出对0.1 Thz～2 THz 频率范围入射电磁波具有很强的吸收特性。加入石墨烯层，使得吸波体结构的整体吸收性能在低频和高频的吸收带宽范围略有增加，即吸收率优于80%的频率范围略有拓宽，这是因为加入石墨烯层相当于增大了基本吸波结构单元的等效电感，使其吸收率进一步提升，吸收带宽略有扩展。虽然石墨烯层在0.1 THz～2 THz 频率范围内调控效果并不明显，其原因是该频率范围内，石墨烯层对基本吸波结构单元的等效谐振电路参数贡献不大造成的，但可以预见在2 THz～10 THz太赫兹高频波段调控效果将更为显著。

将图7 中双尺度4 分离层吸波结构的两条吸收曲线叠加后得到结构整体吸收率曲线，如图8 所示。从图8 可以看出，在0.1 THz～2 THz 范围内100 个均匀频率采样点上，仅有0.1 THz 和0.119 THz这2 个频率处吸收率低于80%，在0.138 THz、0.157 THz 和1.145THz 这3 个频率处吸收率略小于1，其余96 个频率点处吸收率均大于1，吸收率优于80%的频率范围为0.138 THz～2 THz，吸收率优于97.46%的频率范围为0.157 THz～2 THz，在典型太赫兹雷达工作频率0.14 THz 处吸收效率为92.27%，在0.22 THz、0.58 THz、0.67 THz、1.14 THz、1.56 THz处吸收效率为100%。因此，本设计较好地达到0.1 THz～2 THz 范围内吸收效率优于80% 的设计要求，可以满足太赫兹雷达对抗与隐身需求。这里值得指出的是，图8 是图7 中两种尺度4 分离层结构吸收效率曲线直接叠加后的吸收率曲线，因两条吸收曲线吸收率优于80% 频率范围存在重叠，导致吸收率相加大于1。若从单一工作频率太赫兹雷达角度看，吸收率极值上限为1，图8 中吸收效率大于1 区间的吸收率调整为1，即吸收率为100%。但在实际战场环境中，尤其是分布式作战时，若两部工作频率相同的太赫兹雷达在不同方向同时入射，图8 中存在吸收率大于1 的频率范围便不难理解了，两部太赫兹雷达的平均吸收率应为图8 中吸收率的1/2。

2.4 入射角度和加工误差对双尺度4 分离层结构吸收性能的影响

前面分析了太赫兹波垂直入射时吸收率的仿真结果，若要满足太赫兹雷达对抗与隐身需求，则设计结构还需在不同入射角度下均保持在较宽频率范围内具有高吸收率。因此，模拟太赫兹波在0°（垂直入射）、10°、20°、30°、40°、50°、60°等不同角度入射，对尺度1 和尺度2 的4 分离层结构及整体吸收效率进行仿真，结果如图9～图11 所示。

图9 不同入射角度下尺度1 的4 分离层结构吸收率仿真Fig. 9 Absorption efficiency simulation of four separation layers structure in scale 1 at different incident angles

图10 不同入射角度下尺度2 的4 分离层结构吸收率仿真Fig. 10 Absorption efficiency simulation of four separation layers structure in scale 2 at different incident angles

图11 不同入射角度下双尺度的4 分离层结构吸收率仿真Fig. 11 Absorption efficiency simulation of dual scale and four separation layers structure at different incident angles

从图9～图11 仿真结果可以看出，随着入射角度的增加，尺度1 的4 分离层结构和尺度2 的4 分离层结构的吸收率曲线整体向高频偏移，吸收率优于80% 的频率范围略有减小；入射角在0～30°范围内时，入射角对尺度1 和尺度2 的吸收率曲线影响较小，整体吸收率基本保持一致；入射角在30°～60°范围内时，尺度1 和尺度2 的吸收率优于80%的频率范围有所减小，频率下限向高频偏移，吸收率有所起伏，整体吸收率在低频处逐步下降；在入射角小于40°时，吸收率优于80%的频率范围为0.176 THz～2.0 THz,吸收率接近100%的频率范围为0.2 THz～2 THz；当入射角为60°时，吸收率优于80%的频率范围为0.309 THz～2.0 THz，吸收率接近100%的频率范围为0.4 THz～2 THz。因此，在0～60°入射角范围内，双尺度4 分离层结构整体吸收率保持稳定，吸收率优于80%的频率范围差异不大，除了在0.14 THz 处入射角大于30°时和在0.22 THz 处，入射角大于50°时吸收效率低于80%外，在0.58 THz、0.67 THz、1.14 THz、1.56 THz处吸收效率均为100%，可以满足太赫兹雷达对抗与隐身需求。不同入射角度下单尺度和双尺度4 分离层结构吸收率见表2 所示。

表2 不同入射角度下单尺度和双尺度4 分离层结构吸收率Table 2 Absorption efficiency of single scale and dual scale four separation layers structure at different incident angles

双尺度4 分离层金属层/石墨烯层/介质层/底层金属层结构共计25 层小层，加工工艺复杂，加工精度往往会影响到结构吸收性能。本文分别对加工误差正偏10%(结构尺寸正偏10%)和加工误差负偏10%(结构尺寸负偏10%) 时双尺度4 分离层结构的吸收率进行仿真，结果如图12～图15 所示。

图12 加工误差正偏10%条件下尺度1 和尺度2 的4 分离层结构吸收率仿真Fig. 12 Absorption efficiency simulation of scale 1 and scale 2 four separation layers structure at +10% machining errors

图13 加工误差正偏10% 条件下双尺度4 分离层结构吸收率仿真Fig. 13 Absorption efficiency simulation of dual scale four separation layers structure at +10% machining errors

图14 加工误差负偏10%条件下尺度1 和尺度2 的4 分离层结构吸收率仿真Fig. 14 Absorption efficiency simulation of scale 1 and scale 2 four separation layers structure at -10% machining errors

从图12～图15 仿真结果可以看出，当加工误差正偏10%时，尺度1 和尺度2 的4 分离层结构的吸收率曲线均向低频偏移，整体吸收率曲线也向低频偏移，吸收率基本一致；当加工误差负偏离时，尺度1 和尺度2 的4 分离层结构的吸收率曲线向高频偏移，整体吸收率曲线也向高频偏移，吸收率基本一致。当加工误差正偏离时，表面金属层结构尺度变大，所对应的等效波长变大，频率向低频偏移；当加工误差负偏离时，表面金属层结构尺度变小，所对应的等效波长变小，频率向高频偏移。无论正偏还是负偏，均未对整体吸收率造成很大影响，其原因在于整体吸收率为多尺度结构的多重吸收叠加，对加工误差不敏感。不同加工误差下单尺度和双尺度4 分离层结构吸收率见表3所示。通过以上分析可知，在实际加工过程中，加工误差取决于最小加工精度，而尺度1 和尺度2 的结构尺度相差约20 倍，若以最小结构单元6.4 μm的10%(0.64 μm)为最小加工精度进行加工，加工误差对双尺度4 分离层结构的影响应在太赫兹高频波段，尺度1 在高频部分也存在高吸收率区间，可以弥补加工误差带来的影响。因此，结构尺度正负偏离10% 的加工误差不会明显影响双尺度4 分离层结构吸收率。值得注意的是，基本结构单元中表面金属层和石墨烯层的厚度为纳米级，其作用在于保证显著的表面等离子元效应，可不考虑其加工精度。

图15 加工误差负偏10% 条件下双尺度4 分离层结构吸收率仿真Fig. 15 Absorption efficiency simulation of dual scale four separation layers structure at -10% machining errors

表3 不同加工误差下单尺度和双尺度4 分离层结构吸收率Table 3 Absorption efficiency of single scale and dual scale four separation layers structure at different machining errors

3 结论

本文针对典型太赫兹雷达工作频率0.14 THz、0.22 THz、0.58 THz、0.67 THz、1.14 THz 和1.57 THz设计出了一种石墨烯太赫兹宽带吸收结构，以表层金属层/石墨烯层/介质层/底层金属层为基本吸波结构单元，分别对单一尺度4 分离层结构和双尺度4 分离层结构的吸收特性进行了仿真。设计的双尺度4 分离层吸波结构在0.1 THz～2 THz 波段范围内吸收率优于80%，并可进一步向太赫兹高频拓展吸收带宽。同时仿真了石墨烯层对双尺度4 分离层结构吸收特性的影响，以及不同入射角和加工误差对双尺度4 分离层结构吸收特性的影响。若辅助以灵活的石墨烯费米能级调控手段，有望实现高效吸收带宽的动态调控，在典型太赫兹雷达工作频率的吸收效率均优于90%，一定程度上具备对入射角度和加工精度的不敏感性，可以达到对未来远程太赫兹雷达的对抗与隐身目的。本文研究结果在太赫兹探测器、太赫兹天线、宽波段探测和多波段对抗与隐身等[25-34]方面也具有潜在的应用价值。