Методические погрешности измерений коэффициента зеркального отражения плоских образцов материалов на измерительных стендах двух типов

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.

1. Sudha Rani K., Krishna Chaitanya T., International Journal of Engineering and Technical Research, 2015, vol. 3, no. 7, pp. 84–93.

2. 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.2019.2913721

3. Knott E. F., Shaeff er J. F., Tuley M. T., Radar cross section, Boston, SciTech Publ., 1993, second edition, 477 p.

4. 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/10.1029/2008RS003836

5. Röding 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.2017.8231083

6. Daout 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.2014.7003455

7. Umari 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/10.1109/19.69942

8. Fedorov 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/RMC50626.2020.9312243

9. Варенцов 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.

10. Гаврилов 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.

11. Ведюшкин Г. А., Чернышов М. Г. Угловой отражатель в полосной линии при измерении коэффициента отражения // Измерительная техника. 1991. № 12. C. 29–31.

12. 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.2019.2911268

13. Фридман А. Э. Основы метрологии. Современный курс. СПб.: НПО «Профессионал», 2008. 284 с.

14. Балабуха Н. П., Зубов А. С., Солосин В. С. Компактные полигоны для измерения характеристик рассеяния. М.: Наука, 2007.

15. 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/10.30898/1684-1719.2020.10.6

16. Федоров 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.

17. 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.

18. Кобак В. О. Радиолокационные отражатели. М.: Советское радио, 1975. 212 с.

19. 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).

20. 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.2019-2-55-59

21. Бреховских Л. М. Волны в слоистых средах. М.: Наука, 1973. 503 с.

22. Jakobus U., Marchand R. G., Ludick D. J., IEEE Transactions on Electromagnetic Compatibility, 2014, vol. 56, no. 4. https://doi.org/10.1109/TEMC.2014.2299408