Повышение точности измерений бистатических характеристик рассеяния материалов образцов различных конфигураций

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.

1. SudhaRani K., Krishna Chaitanya T. Detection of multiple targets by multistatic RADAR. International Journal of Engineering and Technical Research, 3(7), 84–93 (2015).

2. 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.2019.2913721

3. Zeng 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.2016.2618884

4. Уфимцев П. Я. Основы физической теории дифракции. Пер. с англ. П. Я. Уфимцева. Лаборатория знаний, Москва (2020).

5. Уфимцев П. Я. Теория дифракционных краевых волн в электродинамике. Введение в физическую теорию дифракции. Пер. с англ. П. Я. Уфимцева. Лаборатория знаний, Москва (2020).

6. 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/10.1029/2008RS003836

7. Röding 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.2017.8231083

8. Saleh 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.2017.8497163

9. Saleh 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.2017.7928273

10. Umari 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/10.1109/19.69942

11. 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).

12. 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.2017.8273448

13. Гильмутдинов 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/10.30898/1684-1719.2020.10.6

14. Gilmu 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/RMC55984.2022.10079582

15. Gilmutdinov 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/RSEMW52378.2021.9494032

16. Гильмутдинов 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/10.24412/2949-0553-2022-11-35-38

17. Бреховских Л. М. Волны в слоистых средах. Наука, Москва (1973).

18. 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.2021-6-44-50

19. Gilmu 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/RMC50626.2020.9312243

20. Semenenko 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.16.014062

21. Кобак В. О. Радиолокационные отражатели. Советское радио, Москва (1975).

22. 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/ADMInC54110.2021.9671006