izmertechИзмерительная техникаIzmeritel`naya Tekhnika0368-10252949-5237ФГУП "ВНИИФТРИ"10.32446/0368-1025it.2024-6-46-54izmertech-2147Research ArticleРАДИОТЕХНИЧЕСКИЕ ИЗМЕРЕНИЯRADIO MEASUREMENTSПовышение точности измерений бистатических характеристик рассеяния материалов образцов различных конфигурацийImproving the accuracy of measurement of bistatic scattering characteristics of material samples in various conf gurationshttps://orcid.org/0009-0006-7466-619XГильмутдиновР. В.GilmutdinovR. G.

Руслан Валерьевич Гильмутдинов

г. Долгопрудный, Московская обл.

Ruslan V. Gilmutdinov

Dolgoprudny, Moscow Region

psevduch777@gmail.comМеньшихН. Л.MenshikhN. L.

Николай Леонидович Меньших

г. Долгопрудный, Московская обл.

Nikolay L. Menshikh

Moscow

n.menshikh@gmail.comФёдоровС. А.FedorovS. A.

Сергей Александрович Федоров

Москва

Sergey A. Fedorov

Moscow

fys99@mail.ruМосковский физико-технический институт (национальный исследовательский университет); Институт теоретической и прикладной электродинамики Российской Академии наукРоссияMoscow Institute of Physics and Technology; Institute for Theoretical and Applied Electrodynamics Russian Academy of SciencesRussian FederationИнститут теоретической и прикладной электродинамики Российской Академии наукРоссияInstitute for Theoretical and Applied Electrodynamics Russian Academy of SciencesRussian Federation2024250720247364856Copyright © ФГУП "ВНИИФТРИ", 20242024ФГУП "ВНИИФТРИ"ФГУП "ВНИИФТРИ"https://www.izmt.ru/jour/about/submissions#copyrightNoticehttps://www.izmt.ru/jour/article/view/2147

Исследованы бистатические свойства рассеяния образцов композитных радиопоглощающих материалов. Рассмотрено влияние дифракционных эффектов на краях плоских образцов малых (2–4 длины волны падающего излучения) размеров на результаты измерений коэффициента отражения материала образца – бистатической характеристики, зависящей от частоты излучения в широком (10–85°) диапазоне углов падения. Для уменьшения влияния дифракционных эффектов разработаны образцы различных конфигураций, изготовленные из магнитодиэлектрика с частотной дисперсией диэлектрической и магнитной проницаемостей. Образцы представляют собой металлическую подложку, на одну сторону которой нанесён исследуемый материал, а остальные поверхности подложки покрыты радиопоглощающим материалом. Рассеивающие характеристики разработанных образцов численно рассчитаны и экспериментально измерены на стенде для бистатических измерений в безэховой камере. Экспериментальные результаты соответствуют расчётным данным. Показано заметное уменьшение влияния дифракционных эффектов на коэффициент отражения в широком угловом и частотном диапазонах. Численными методами в программном пакете FEKO исследовано влияние конфигурации образца на методическую погрешность измерений коэффициента отражения. Показано, что данную погрешность можно уменьшить при использовании подложки протяжённой формы в плоскости падения (образцы гибридных конфигураций). Полученные результаты можно использовать при измерении характеристик рассеяния материалов в свободном пространстве, например при уточнении материальных параметров.

The infl uence of diffraction effects at the edges of fl at samples of small (2–4 wavelengths of incident wave) sizes on the results of measurements of the refl ection coeffi cient of the sample material, a bistatic characteristic that depends on the frequency of radiation in a wide (10–85°) range of incidence angles is considered. To reduce the infl uence of diffraction effects, samples of various confi gurations have been developed, made of magnetodielectric with frequency dispersion of dielectric and magnetic permeability. The samples are a metal plate, on one side of which the material under study is applied, and the other surfaces of the plate are covered with radiation-absorbent material. The scattering characteristics of samples of the developed confi gurations are numerically calculated and experimentally measured on a bistatic facility in an anechoic chamber. The experimental results correspond with the calculated data. A noticeable reduction in the infl uence of diffraction effects on the refl ectivity values in a wide angular and frequency range has been shown. Using numerical methods in the FEKO software package, the infl uence of the sample confi guration on the methodical error in refl ectance measurements was studied. It is shown that this error can be reduced by using a substrate of an extended shape in the plane of incidence (samples of a hybrid confi guration). The results obtained can be used to measure the scattering characteristics of materials in free space.

конфигурация образцовизмерения бистатических характеристик рассеяниядифракционные эффектыбезэховая камеракоэффициент отраженияметодическая погрешностьsamples in various confi gurationsmeasurement of bistatic scattering characteristicsdifraction effectsanechoic electromagnetic chamberrefl ection coeffi cientmethodical errorReferencesSudhaRani K., Krishna Chaitanya T. Detection of multiple targets by multistatic RADAR. International Journal of Engineering and Technical Research, 3(7), 84–93 (2015).Sudha Rani K., Krishna Chaitanya T. Detection of Multiple Targets by Multistatic RADAR, International Journal of Engineering and Technical Research, 2015, vol. 3, no.7, pp. 84–93.Álvarez H. F, Gómez M. E., Las-Heras F. Paving the way for suitable metasurfaces’ measurements under oblique incidence: mono-/bistatic and near-/far-fi eld concerns. IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement, 69(4), 1737– 1744 (2020). 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. DOI: 10.1109/TIM.2019.2913721Zeng J., Chen K.-S., Bi H., Chen Q., Yang X., radar response of off-specular bistatic scattering to soil moisture and surface roughness at l-band. IEEE Geoscience and Remote Sensing Letters, 13(12), 1945–1949 (2016). https://doi.org/10.1109/LGRS.2016.2618884Zeng J., Chen K. -S., H. Bi, Chen Q. Yang X. Radar Response of Off-Specular Bistatic Scattering to Soil Moisture and Surface Roughness at L-Band. IEEE Geoscience and Remote Sensing Letters, vol. 13, no. 12, pp. 1945–1949, Dec. 2016, doi: 10.1109/LGRS.2016.2618884Уфимцев П. Я. Основы физической теории дифракции. Пер. с англ. П. Я. Уфимцева. Лаборатория знаний, Москва (2020).Ufimtsev P. Ya. Fundamentals of the Physical Theory of Diffraction, John Wiley&Sons, Inc., 2014, 469 p.Уфимцев П. Я. Теория дифракционных краевых волн в электродинамике. Введение в физическую теорию дифракции. Пер. с англ. П. Я. Уфимцева. Лаборатория знаний, Москва (2020).Ufimtsev P. Ya. Theory of Edge Diffraction in Electromagnetics: Origination and validation of the physical theory of diffraction, Scitech Publishing, 2009, 428 p.Eyrau d C., Geffrin J.-M., Sabouroux P., Chaumet P. C., Tortel H., Giovannini H., Litman A. Validation of a 3D bistatic microwave scattering measurement setup. Radio Science, 43(4), RS4018 (2008). https://doi.org/10.1029/2008RS003836Eyraud C., Geffrin J.-M., Sabouroux P., Chaumet P.C., Tortel H., Giovannini H., Litman A. Radio Science, 2008, vol. 43., no. 4, RS4018. DOI: 10.1029/2008RS003836Röding M., Sommerkorn G., Häfner S., Ihlow A., Jovanoska S., Thomä R. S. ARC24 – A double-arch positioner for bistatic RCS measurements with four degrees of freedom. 47th European Microwave Conference (EuMC), Nuremberg, Germany, 10–12 Oct. 2017, IEEE Publication Recommender, pp. 1273–1276 (2017). https://doi.org/10.23919/EuMC.2017.8231083Röding M., Sommerkorn G., Häfner S., Ihlow A., Jovanoska S., Thomä R. S. 47th European Microwave Conference (EuMC), Nuremberg, Germany, 2017, pp. 1273 1276, doi: 10.23919/EuMC.2017.8231083Saleh H., Geffrin J.-M., Eyraud С., Tortel H. Upgrading the settings of a microwave experimental setup for better accuracy in bistatic radar cross section measurement. Mediterranean Microwave Symposium (MMS), Marseille, France, 28–30 November 2017, IEEE Publ. (2017). https://doi.org/10.1109/MMS.2017.8497163Saleh H., Geffrin J.-M., Eyraud С., Tortel H. 2017 Mediterranean Microwave Symposium (MMS), Marseille, France, 2017, pp. 1–2, doi: 10.1109/MMS.2017.8497163Saleh H., Geffrin J.-M., Tortel H. Bistatic scattering measurement on low permittivity spheroidal objects. 11th European Conference on Antennas and Propagation (EUCAP), Paris, France, 19–24 March 2017, pp. 259–262 (2017). https://doi.org/10.23919/EuCAP.2017.7928273Saleh H., Geffrin J.-M., Tortel H. 2017 11th European Conference on Antennas and Propagation (EUCAP), Paris, 2017, pp. 259–262. doi: 10.23919/EuCAP.2017.7928273Umari M. H., Ghodgaonkar D. K., Varadan V. V., Varadan V. K. A free-space bistatic calibration technique for the measurement of parallel and perpendicular refl ection coeffi cients of planar samples. IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement, 40(1), 19–24 (1991). https://doi.org/10.1109/19.69942Umari M. H., Ghodgaonkar D. K., Varadan V.V., and Varadan V.K. A free-space bistatic calibration technique for the measurement of parallel and perpendicular reflection coefficients of planar samples, IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement, 1991, vol. 40, no. 1, pp. 19–24.Álvarez H. F., de Cos M. E., Las-Heras F. Measurements of metasurfaces on anechoic chamber and a comparison with electromagnetic simulations. 2019 13th European Conference on Antennas and Propagation (EuCAP), Krakow, Poland, 31 March – 05 April 2019, IEEE Publ. (2019).Álvarez H. F., de Cos M. E. and Las-Heras F. 13th European Conference on Antennas and Propagation (EuCAP 2019), Krakow, Poland, 2019, pp. 1–4.Masaki T., Ishii Y., Michishita N., Morishita H., Hada H. Monostatic and bistatic RCS measurements for thin metasurfaces. IEEE Conference on Antenna Measurements & Applications (CAMA), Tsukuba, Japan, 4–6 December 2017, IEEE Publ., pp. 351–352 (2019). https://doi.org/10.1109/CAMA.2017.8273448Masaki T., Ishii Y., Michishita N., Morishita H., and Hada H. 2017 IEEE Conference on Antenna Measurements & Applications (CAMA), Tsukuba, Japan, 2017, pp. 351-352, doi: 10.1109/CAMA.2017.8273448Гильмутдинов Р. В., Меньших Н. Л., Федоров С. А. Краевые эффекты в бистатических измерениях характеристик рассеяния образцов материалов. Журнал радиоэлектроники [электронный журнал], (10) (2020). https ://doi.org/10.30898/1684-1719.2020.10.6Gilmutdinov R. V., Menshikh N. L., Fedorov S. A. Zhurnal Radioelektroniki - Journal of Radio Electronics, 2020, no. 10. (In Russ.) DOI: 10.30898/1684-1719.2020.10.6Gilmu tdinov R. V., Menshikh N. L., Fedorov S. A. 2022 IEEE 8th All-Russian Microwave Conference (RMC), Moscow, Russia, 23–25 November 2022, IEEE Publ., pp. 394–396 (2022). https://doi.org/10.1109/RMC55984.2022.10079582Gilmutdinov R. V., Menshikh N. L., Fedorov S. A. 2022 IEEE 8th All-Russian Microwave Conference (RMC), Moscow, Russian Federation, 2022, pp. 394–396, doi: 10.1109/RMC55984.2022.10079582Gilmutdinov R. V., Menshikh N. L., Fedorov S. A., Solosin V. S. 2021 Radiation and Scattering of Electromagnetic Waves (RSEMW), 2021, pp. 332–336. https://doi.org/10.1109/RSEMW52378.2021.9494032Fedorov S. A, Menshikh N. L., Gilmutdinov R. V., Solosin V. S. 2021 Radiation and Scattering of Electromagnetic Waves (RSEMW), 2021, pp. 332–336, doi: 10.1109/RSEMW52378.2021.9494032Гильмутдинов Р. В., Меньших Н. Л., Фёдоров С. А. Разработка структур образца для повышения точности измерений коэффициента зеркального отражения. Современная электродинамика, (1), 35–38 (2022). https://doi.org/10.24412/2949-0553-2022-11-35-38Gilmutdinov R. V., Krasnolobov I. I., Menshikh N. L., Fedorov S. A., Modern Electrodynamics, 2022, vol. 1, no. 1, pp. 35–38. (In Russ.) doi:10.24412/2949-0553-2022-11-35-38Бреховских Л. М. Волны в слоистых средах. Наука, Москва (1973).Brekhovskikh L. M. Waves in layered media. Academic Press, 1976. 503 p.Гильмутдинов Р. В., Краснолобов И. И., Меньших Н. Л., Федоров С. А. Методические погрешности измерений коэффициента зеркального отражения плоских образцов материалов на измерительных стендах двух типов. Измерительная техника, (6), 44–50 (2021). https://doi.org/10.32446/0368-1025it.2021-6-44-50Gilmutdinov R. V., Krasnolobov I. I., Menshikh N. L., Fedorov S. A., Procedural Measurement Error in Specular Reflection Coefficient from Planar Samples Using Two Different Types of Test Stands. Measurement Techniques, 2021, vol. 64, pp. 481–487 https://doi.org/10.1007/s11018-021-01957-7Gilmu tdinov R. V., Krasnolobov I. I., Menshikh N. L., Fedorov S. A. Reducing error of position when measuring the bistatic refl ection coeffi cient. 7th All-Russian Microwave Conference (RMC), 25–27 November 2020, Moscow, Russia, IEEE Publ., pp. 276–278 (2020). https://doi.org/10.1109/RMC50626.2020.9312243Fedorov S. A., Gilmutdinov R. V., Menshikh N. L. 2020 7th All-Russian Microwave Conference (RMC), 2020, pp. 276–278, doi: 10.1109/RMC50626.2020.9312243Semenenko V. N., Chistyaev V. A, Politiko A. A, Kibets S. G., Complex permittivity and permeability of composite materials based on carbonyl iron powder over an ultrawide frequency band. Physical Review Applied, 16(1), 014062 (2021). https://doi.org/10.1103/PhysRevApplied.16.014062Semenenko V. N., Chistyaev V. A, Politiko A. A, Kibets S. G., Complex Permittivity and Permeability of Composite Materials Based on Carbonyl Iron Powder Over an Ultrawide Frequency Band, Physical Review Applied, vol. 16, no. 1, APS, 2021. doi:10.1103/PhysRevApplied.16.014062Кобак В. О. Радиолокационные отражатели. Советское радио, Москва (1975).Kobak V. O. Radiolokacionnye otrazhateli [Radar reflectors]. Sovetskoye radio. 1975. 212 p. (In Russ.)Balab ukha N. P., Fedorov S. A., Gilmutdinov R. V., Menshikh N. L., Sapoznikov D. V. The impact of the sizes of a planar sample to methodical errors in measuring the specular refl ection coeffi cient. 2021 Antennas Design and Measurement International Conference (ADMInC), St. Petersburg, Russia, 24–26 November 2021, IEEE Publ., pp. 54–57 (2022). https://doi.org/10.1109/ADMInC54110.2021.9671006Balabukha N. P., Fedorov S. A., Gilmutdinov R. V., Menshikh N. L., Sapoznikov D. V. 2021 Antennas Design and Measurement International Conference (ADMInC), 2021, pp. 54–57, doi: 10.1109/ADMInC54110.2021.9671006

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