izmertechИзмерительная техникаIzmeritel`naya Tekhnika0368-10252949-5237ФГУП "ВНИИФТРИ"10.32446/0368-1025it.2021-6-44-50izmertech-1913Research ArticleРАДИОТЕХНИЧЕСКИЕ ИЗМЕРЕНИЯRADIO MEASUREMENTSМетодические погрешности измерений коэффициента зеркального отражения плоских образцов материалов на измерительных стендах двух типовMethodical errors in measuring the specular reflection coefficient from a planar sample of material for two types of measuring facilitiesГильмутдиновР. В.GilmutdinovR. V.

Руслан Валерьевич Гильмутдинов

г. Долгопрудный, Московская обл.

Ruslan V. Gilmutdinov

Dolgoprudny, Moscow Region

gipponn555@gmail.comКраснолобовИ. И.KrasnolobovI. I.

Игорь Иванович Краснолобов

Москва

Igor I. Krasnolobov

Moscow

krasnolobov__ig@mail.ruМеньшихН. Л.MenshikhN. L.

Николай Леонидович Меньших

г. Долгопрудный, Московская обл.;

Москва

Nikolay L. Menshikh

Dolgoprudny, Moscow Region;

Moscow

menshikh@gmail.comФедоровС. А.FedorovS. A.

Сергей Александрович Федоров

Москва

Sergey A. Fedorov

Moscow

fys99@mail.ruМосковский физико-технический институт (национальный исследовательский университет)РоссияMoscow Institute of Physics and TechnologyRussian FederationИнститут теоретической и прикладной электродинамики РАНРоссияInstitute of Theoretical and Applied Electrodynamics RASRussian FederationМосковский физико-технический институт (национальный исследовательский университет); Институт теоретической и прикладной электродинамики РАНРоссияMoscow Institute of Physics and Technology; Institute of Theoretical and Applied Electrodynamics RASRussian Federation202104082023064450Copyright © ФГУП "ВНИИФТРИ", 20232023ФГУП "ВНИИФТРИ"ФГУП "ВНИИФТРИ"https://www.izmt.ru/jour/about/submissions#copyrightNoticehttps://www.izmt.ru/jour/article/view/1913

Рассмотрены два метода измерений бистатических характеристик рассеяния плоских образцов материалов. Проведены экспериментальные исследования и численное моделирование коэффициента зеркального отражения образцов магнитодиэлектриков в зависимости от угла падения волны в бистатической схеме постановки эксперимента (вращение приёмной и передающей антенн) и в моностатической схеме с использованием двугранного уголкового отражателя (вращение объекта). Характеристики магнитодиэлектрического плоского образца измерены в Институте теоретической и прикладной электродинамики Российской академии наук на двух стендах с соответствующей схемой эксперимента. Для выявления погрешностей используемых методов проведено численное моделирование измерения коэффициента зеркального отражения исследуемого образца методом интегральных уравнений (методом моментов) в программе FEKO в постановке двух схем экспериментов. Проведено сравнение полученных результатов между собой и с результатами аналитических расчётов коэффициента зеркального отражения, проведённых по формулам Френеля при рассмотрении бесконечного плоского слоя материала. Данные расчёты позволяют сравнить методические погрешности измерения коэффициента зеркального отражения в двух рассматриваемых схемах эксперимента. Показано, что методическая погрешность результатов измерений с использованием уголкового отражателя (отклонение от аналитического расчёта) на 1–2 дБ больше, чем при измерениях на бистатическом стенде. Результаты экспериментов и численного моделирования находятся в соответствии друг с другом. Выводы, полученные в данной работе применимы к любым экспериментальным установкам для исследования плоских материалов.

This paper is discussed two methods for measuring the bistatic scattering characteristics of flat samples of the material. The experimental studies and numerical simulations of the dependence of the specular reflection coefficient on the incident angle of wave on a flat material sample carried out in the bistatic scheme of the experiment (rotation of the receiving and transmitting antennas) and in the monostatic scheme using a dihedral corner reflector (rotation of the object). Measurements for the magnetodielectric flat sample were carried out in ITAE RAS on two test facilities with the corresponding scheme of the experiment. To identify the errors of the methods used, we carried out numerical simulations of the measurement of the specular reflection coefficient of the sample under test by the method of integral equations (method of moments) in the FEKO program in the formulation of two experimental schemes. The obtained results were compared with each other and with the results of analytical calculations of the specular reflection coefficient carried out using the Fresnel formulas when considering an infinite flat layer of material. These calculations make it possible to compare the methodical errors in measuring the reflection coefficient in the two considered experimental schemes. It was shown that the results of the measurements using the corner reflector give methodical errors (deviations from the analytical calculation) by 1–2 dB more than the measurements on the bistatic facility. The results of experiments and numerical simulations are in agreement with each other. The conclusions obtained in this work are applicable to any experimental facilities for the study of planar materials.

бистатические измерениякоэффициент отраженияметод моментовFEKOбезэховая камерадвугранный уголковый отражательbistatic measurementsreflection coefficientmethod of momentsFEKOanechoic chamberdihedral corner reflectorReferencesSudha Rani K., Krishna Chaitanya T., International Journal of Engineering and Technical Research, 2015, vol. 3, no. 7, pp. 84–93.Sudha Rani K., Krishna Chaitanya T., International Journal of Engineering and Technical Research, 2015, vol. 3, no. 7, pp. 84–93.Álvarez H. F, Gómez M. E., Las-Heras F., IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement, 2020, vol. 69, no. 4, pp. 1737–1744. https://doi.org/10.1109/TIM.2019.2913721Álvarez H. F, Gómez M. E., Las-Heras F., IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement, 2020, vol. 69, no. 4, pp. 1737–1744. https://doi.org/10.1109/TIM.2019.2913721Knott E. F., Shaeff er J. F., Tuley M. T., Radar cross section, Boston, SciTech Publ., 1993, second edition, 477 p.Knott E. F., Shaeff er J. F., Tuley M. T., Radar cross section, Boston, SciTech Publ., 1993, second edition, 477 p.Eyraud C., Geff rin J.-M., Sabouroux P., Chaumet P. C., Tortel H., Giovannini H., Litman A., Radio Science, 2008, vol. 43, no. 4, p. RS4018. https://doi.org/10.1029/2008RS003836Eyraud C., Geff rin J.-M., Sabouroux P., Chaumet P. C., Tortel H., Giovannini H., Litman A., Radio Science, 2008, vol. 43, no. 4, p. RS4018. https://doi.org/10.1029/2008RS003836Röding M., Sommerkorn G., Häfner S., Ihlow A., Jovanoska S., Thomä R. S., Proc. of the 47th European Microwave conf., Nuremberg, Germany, 10–12 Oct. 2017. https://doi.org/10.23919/EuMC.2017.8231083Röding M., Sommerkorn G., Häfner S., Ihlow A., Jovanoska S., Thomä R. S., Proc. of the 47th European Microwave conf., Nuremberg, Germany, 10–12 Oct. 2017. https://doi.org/10.23919/EuMC.2017.8231083Daout F., Schmitt F., 2014 IEEE Conference on Antenna Measurements & Applications (CAMA), Antibes Juan-les-Pins, France, 16–19 Nov. 2014. https://doi.org/10.1109/CAMA.2014.7003455Daout F., Schmitt F., 2014 IEEE Conference on Antenna Measurements & Applications (CAMA), Antibes Juan-les-Pins, France, 16–19 Nov. 2014. https://doi.org/10.1109/CAMA.2014.7003455Umari M. H., Ghodgaonkar D. K., Varadan V. V., Varadan V. K., IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement, 1991, vol. 40, no. 1, pp. 19–24. https://doi.org/10.1109/19.69942Umari M. H., Ghodgaonkar D. K., Varadan V. V., Varadan V. K., IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement, 1991, vol. 40, no. 1, pp. 19–24. https://doi.org/10.1109/19.69942Fedorov S. A., Gilmutdinov R. V., Menshikh N. L., 2020 7th All-Russian Microwave Conference (RMC), Moscow, Russia, 25– 27 Nov. 2020. https://doi.org/10.1109/RMC50626.2020.9312243Fedorov S. A., Gilmutdinov R. V., Menshikh N. L., 2020 7th All-Russian Microwave Conference (RMC), Moscow, Russia, 25– 27 Nov. 2020. https://doi.org/10.1109/RMC50626.2020.9312243Варенцов Е. Л., Дудкин М. И., Илларионов И. А. Измерение коэффициента отражения радиопоглощающих материалов в широком диапазоне частот методом инверсного апертурного анализа // XXIV Международная научно-техническая конференция «Информационные системы и технологии» ИСТ2018. Н. Новгород, Россия, 20 апреля 2018. Н. Новгород: НГТУ им. Алексеева, 2018. C. 27.Varentsov Ye. L., Dudkin M. I., Illarionov I. A., Proc. XXIVГаврилов А. А., Кирьянов О. В., Мартынов Н. А., Забалуев В. Е., Баранов С. О., Дубровин Ю. А. Измерение угловой зависимости модуля коэффициента отражения радиопоглощающих материалов и покрытий в свободном пространстве // Измерительная техника. 2012. № 7. C. 58–62.International Scientifi c and Technical Conference “Information Systems and Technologies” ICT-2018), Nizhny Novgorod, Russia, April 20, 2018, NGTU Publ., 2018, p. 27. (In Russ.)Ведюшкин Г. А., Чернышов М. Г. Угловой отражатель в полосной линии при измерении коэффициента отражения // Измерительная техника. 1991. № 12. C. 29–31.Gavrilov A. A., Kir’yanov O. E., Martynov N. A., Zabaluev V. E., Baranov S. O., Dubrovin Yu. A., Measurement Techniques, 2012, vol. 55, no. 7, pp. 826–833. https://doi.org/10.1007/s11018-012-0046-4Hua Yan, Hong-Cheng Yin, Sheng Li, and Liang-Sheng Li, IEEE Transactions on Antennas and Propagation, 2019, vol. 67, no. 7. https://doi.org/10.1109/TAP.2019.2911268Vedyushkin G. A., Chernyshov M. G., Measurements Techniques, 1991, vol. 34, no. 12, pp. 1245–1248. https://doi.org/10.1007/BF00982566Фридман А. Э. Основы метрологии. Современный курс. СПб.: НПО «Профессионал», 2008. 284 с.Hua Yan, Hong-Cheng Yin, Sheng Li, and Liang-Sheng Li, IEEE Transactions on Antennas and Propagation, 2019, vol. 67, no. 7. https://doi.org/10.1109/TAP.2019.2911268damentalsofMetrology.Moderncourse], St. Petersburg, NPO “Professional” Publ., 2008, 284 p. (In Russ.)Балабуха Н. П., Зубов А. С., Солосин В. С. Компактные полигоны для измерения характеристик рассеяния. М.: Наука, 2007.Balabukha N. P., Zubov A. S., Solosin V. S., Kompaktnyye poligony dlya izmereniya kharakteristik rasseyaniya [Compact polygons for measuring scatter characteristics], Moscow, Nauka Publ., 2007. (In Russ.)Гильмутдинов Р. В., Меньших Н. Л., Федоров С. А. Краевые эффекты в бистатических измерениях характеристик рассеяния образцов материалов // Журнал радиоэлектроники [электронный журнал]. 2020. № 10. https://doi.org/10.30898/1684-1719.2020.10.6Gilmutdinov R. V., Menshikh N. L., Fedorov S. A., Journal of Radio Electronics, 2020, no. 10. (In Russ.) https://doi.org/10.30898/1684-1719.2020.10.6Федоров С. А., Меньших Н. Л., Солосин В. С. Стенд для измерений бистатических параметров рассеяния малоразмерных объектов // XI Всероссийская научно-техническая конференция «Метрология в радиоэлектронике», Менделеево, Московская обл., 19–21 июня 2018 г. Менделеево: ВНИИФТРИ, 2018.Fedorov S. A., Menshikh N. L., Solosin V. S., Proc. XI AllRussian Scientifi c and Technical Conference “Metrology in Radio Electronics”, Mendeleevo, Moscow region, June 19–21, 2018, Mendeleevo, VNIIFTRI, 2018.Федоров С. А., Меньших Н. Л. Измерительный комплекс для определения параметров двухпозиционного рассеяния ЭМВ // VI Микроволновая конференция, Москва, 27–29 ноября 2018. М.: ИРЭ РАН, с. 109.Fedorov S. A., Menshikh N. L., Proc. 6th All-Russian Microwave Conference, Moscow, 27–29 November 2018, Moscow, 2018, Kotel’nikov Institute of Radio Engineering and Electronics of RAS, p. 109. (In Russ.)Кобак В. О. Радиолокационные отражатели. М.: Советское радио, 1975. 212 с.Kobak V. O., Radiolokatsionnyye otrazhateli [Radar refl ectors], Moscow, Sovetskoye radio Publ., 1975, 212 p. (In Russ.)Иванова В. И., Кибец С. Г., Краснолобов И. И., Лагарьков А. Н., Политико А. А., Семененко В. Н., Чистяев В. А. Разработка широкополосного радиопоглощающего покрытия с высокими эксплуатационными свойствами // Журнал радиоэлектроники [электронный журнал]. 2016. № 7. URL: http://jre. cplire.ru/jre/jul16/5/text.pdf (дата обращения: 30.04.2021).Ivanova V. I., Kibets S. G., Krasnolobov I. I., Lagarkov A. N., Politiko A. A., Semenenko V. N., Chistyaev V. A., Journal Radio Electronics, 2016, no. 7, available at: http://jre.cplire.ru/jre/jul16/5/text.pdf (accessed: 11.05.2021).Семененко В. Н., Чистяев В. А., Политико А. А., Басков К. М. Стенд для измерения в свободном пространстве радиофизических параметров // Измерительная техника. 2019. № 2. С. 55–59. https://doi.org/10.32446/0368-1025it.2019-2-55-59Semenenko V. N., Chistyaev V. A., Politiko A. A., Baskov K. M., Measurements Techniques, 2019, vol. 62, no. 2, pp. 161–166. https://doi.org/10.1007/s11018-019-01601-5Бреховских Л. М. Волны в слоистых средах. М.: Наука, 1973. 503 с.Brekhovskikh L. M., Waves in layered media, Imprint, Academic Press, 1976, 520 p.Jakobus U., Marchand R. G., Ludick D. J., IEEE Transactions on Electromagnetic Compatibility, 2014, vol. 56, no. 4. https://doi.org/10.1109/TEMC.2014.2299408Jakobus U., Marchand R. G., Ludick D. J., IEEE Transactions on Electromagnetic Compatibility, 2014, vol. 56, no. 4. https://doi.org/10.1109/TEMC.2014.2299408

The authors declare that there are no conflicts of interest present.