Электронный научный журнал
Международный студенческий научный вестник
ISSN 2409-529X

ВОЗМОЖНОСТИ АППРОКСИМАЦИИ ХАРАКТЕРИСТИК РАССЕЯНИЯ ОТРАЖАТЕЛЯ С РАДИОПОГЛОЩАЮЩИМИ ПОКРЫТИЯМИ

Бабенко Д.С. 1
1 Воронежский институт высоких технологий
В работе исследуются характеристики рассеяния двумерных полосок с нанесенными на их поверхность радиопоглощающими покрытиями, имеющими различные радиофизические параметры. Анализируются моностатический и бистатический случаи. Решение задачи рассеяния электромагнитных волн проводится на основе метода интегральных уравнений. Был проведен расчет зависимости количества локальных максимумов от длины двумерной полоски при заданной толщине радиопоглощающего покрытия, как в моностатическом, так и бистатическом случаях. Исследовалась возможность аппроксимации эффективной площади рассеяния полоски на основе достаточно простых функций, например полиномов. Степень полинома не превосходит 5 при относительной погрешности аппроксимации менее 1%. Поскольку во многих практических приложениях можно использовать фацетные модели, то полученные результаты будут полезны при решении как прямых, так и обратных электродинамических задач.
электромагнитные волны
поглощение
аппроксимирующая функция
полином
1. Гащенко И.А. О моделировании в сотовых системах связи / И.А. Гащенко // Международный студенческий научный вестник.- 2016. – № 3–2. – С. 222–223.
2. Захаров Е.В. Численный анализ дифракции радиоволн / Е.В. Захаров, Ю.В. Пименов – М.: Радио и связь, 1982. – 184 с.
3. Львович И.Я. Основы информатики: Учебное пособие / И.Я. Львович, Ю.П. Преображенский, В.В. Ермолова. – Воронеж: Воронежский институт высоких технологий, 2014. – 339 с.
4. Преображенский А.П. Импедансные граничные условия в задаче рассеяния электромагнитных волн на полости с радиопоглощающими покрытиями / А.П. Преображенский // Электромагнитные волны и электронные системы. – 2006. – Т. 11. № 2–3. – С. 61–63.
5. Преображенский А.П. Аппроксимация радиолокационных характеристик, полученных с использованием метода интегральных уравнений, приближенной моделью / А.П. Преображенский // Математическое моделирование и краевые задачи: Труды Второй Всероссийской научной конференции / Редколлегия: В.П. Радченко (отв. редактор), Э.Я. Рапопорт, Е.Н. Огородников, М.Н. Саушкин (отв. секретарь), 2005. – С. 211–214.
6. Преображенский А.П. Аппроксимация характеристик рассеяния электромагнитных волн элементов, входящих в состав объектов сложной формы / А.П. Преображенский, Ю.П. Хухрянский // Вестник Воронежского государственного технического университета. – 2005. – Т. 1. № 8. – С. 15–16.
7. Шутов Г.В. Характеристики методов трассировки лучей / Г.В. Шутов // Международный студенческий научный вестник. – 2016. – № 3–2. – С. 238–239.
8. Stefanovic J. The technique of calculation the parameters of the electromagnetic the fields scattered by the body with complex form in the near zone / J. Stefanovic, E. Ruzitsky // Моделирование, оптимизация и информационные технологии. – 2017. – № 2(17). – С. 7.

Моделирование рассеяния электромагнитных волн (ЭМВ) на объектах сложной формы имеет большое значение в связи с необходимостью решения задач радиолокационного распознавания, решения задач электромагнитной совместимости и т.д. [1, 7, 8].

В качестве основных источников сильных электромагнитных помех можно рассматривать разряды гроз, радиоэлектронные средства (говорят о мощных радиопередающих средствах и радиолокационных станциях), высоковольтных линиях передач, контактные сети железной дороги, и еще высоковольтные установки, которые используются в научных исследованиях и технологических целях.

При этом радиоэлектронные средства можно рассматривать как объекты с неблагоприятным воздействием и в виде их источников (говорят о радиопередающих средствах).

Для защиты от радиоизлучений могут использоваться радиопоглощающими покрытиями (РПП).

Когда решается задача радиосвязи во внутренней области зданий в качестве одного из основных факторов можно считать поглощение радиоволн внутри строительных конструкций. Такой фактор определяет ограничения, как для дальности радиосвязи, так и по возможным диапазонам частот радиосвязи.

Представляет интерес исследовать характеристики рассеяния двумерных полосок с нанесенными на их поверхность РПП, имеющими различные радиофизические параметры. Рассматриваются моностатический и бистатический случаи. Такие элементы могут быть рассмотрены как базовые, входящие в состав многих объектов.

Нельзя говорить о том, что есть РПП, которое будет универсальным для поглощения излучений по всему частотному диапазону. Способность РПП к тому, чтобы поглощать радиоизлучения, зависит от того, какой его состав и структура.

При решении задачи рассматривается электрическое поле E(x0, y0) в произвольной точке наблюдения, затем точка (x0, y0) помещается в сечение S РПП и на контур Lm металла (рис. 1). Путем применения граничных условий [2, 4] получается система интегральных уравнений Фредгольма 1 рода (анализируется вариант, когда волна Е-поляризована) [2]. На основе найденных токов определяется рассеянное электромагнитное поле и эффективная площадь рассеяния (ЭПР).

Радиофизические параметры РПП определяются диэлектрической и магнитодиэлектрической проницаемостями, которые в общем случае могут быть комплексными: e=e′+ε″, m= m′+µ″.

При расчетах нами было выбрано три типа РПП со следующими параметрами: 1) e=1, m – комплексное, 2) m/e=1, 3) m=1, e – комплексное. Другой возможный подход, который и использовался нами, состоит в задании комплексного коэффициента преломления РПП: n=n′+jn″.

Значения модуля коэффициента преломления были ограничены следующей величиной: |n|≤7. Комплексный коэффициент преломления связан с комплексной диэлектрической и магнитодиэлектрической проницаемостями.

Рассматривались РПП с толщиной 0<d≤0.05l. Длина двумерной полоски лежала в пределах, ограниченными следующими значениями: 1l≤L≤5l (резонансная волновая область). При исследованиях проводился анализ относительно передней полусферы: 0≤q≤90°.

Отметим, что для бистатического и моностатического рассеяния число локальных максимумов в диаграмме обратного рассеяния (ДОР) меняется одинаковым образом при изменении |n| и L для РПП указанных трех типов, то есть с увеличением размера двумерной полоски при постоянном |n| при заданном типе РПП растет число локальных максимумов в ДОР, а с увеличением |n| при постоянной длине полоски при заданном типе РПП число локальных максимумов не меняется.

При заданном значении |n| число локальных максимумов в ДОР для определенного значения L при моностатическом рассеянии будет больше, чем при бистатическом рассеянии. Это позволяет говорить о том, что среднее значение характеристик рассеяния будет в моностатическом случае больше, чем в бистатическом.

На рис. 2 изображена зависимость числа локальных максимумов Nmax от L для толщины РПП d=0.01l для обоих случаев. Существует также сдвиг локального минимума в ДОР в сторону меньших углов при бистатическом рассеянии для малых значений |n|:|n|≤3 с увеличением n².

Бистатическое рассеяние, в отличие от моностатического, означает, что передающее и приемное устройство при своей работе будут разнесены в пространстве.

На рис. 3 приведен пример расчета ЭПР двумерной полоски c нанесенным РПП толщиной d=0.01l и |n|=3 а) с длиной L=5 б) с длиной L=3.

ba1.tiff

Рис. 1. Схема рассеяния ЭМВ на двумерной пластине с РПП

ba2.tiff

Рис. 2. Зависимость числа локальных максимумов в ДОР от длины полоски L для толщины РПП d=0.01λ

Угловые зависимости ЭПР могут быть довольно сложными, особенно для полосок, имеющих большие размеры, поэтому нами исследовалась возможность аппроксимации этих зависимостей с помощью достаточно простых функций [3, 5, 6].

Было установлено, что для бистатического рассеяния при небольших значениях L: L≤1 и значениях |n|, лежащих в указанных пределах, возможна полиномиальная аппроксимация

b1.wmf.

Степень полинома не превосходит NP=5 при относительной погрешности аппроксимации менее 1%. Такая же аппроксимация возможна для моностатического рассеяния при тех же значениях L и |n|.

Рассчитанные значения коэффициентов полиномов могут быть сохранены в базе данных, которая входит в состав соответствующей системы автоматизированного проектирования (САПР), в рамках которой идет разработка устройств для поглощения радиоизлучений.

При других значениях |n| и L необходимо использовать кусочно-линейную аппроксимацию. Необходимо брать не более 25 узлов аппроксимации для указанного сектора углов наблюдения. При этом относительная погрешность аппроксимации также не превышает 1%.

Если в исследуемых характеристиках наблюдается большое число колебаний при изменении параметра L, то разложение можно проводить по полиномам, в которых базовыми функциями будут гармонические функции, позволяющие лучше учесть особенности изменения соответствующих функций, чем линейное приближение.

а)

ba3a.tiff

б)

ba3b.tiff

Рис. 3. Бистатическая ЭПР двумерной полоски c нанесенным РПП толщиной d=0.01l и |n|=7: а – с длиной L=5; б – с длиной L=3

Таким образом, в работе исследованы рассеивающие свойства идеально проводящей двумерной полоски с нанесенным на ее поверхность РПП.

Поскольку во многих практических приложениях можно использовать для описания объектов фацетные модели, то полученные результаты будут полезны при решении как прямых, так и обратных электродинамических задач.


Библиографическая ссылка

Бабенко Д.С. ВОЗМОЖНОСТИ АППРОКСИМАЦИИ ХАРАКТЕРИСТИК РАССЕЯНИЯ ОТРАЖАТЕЛЯ С РАДИОПОГЛОЩАЮЩИМИ ПОКРЫТИЯМИ // Международный студенческий научный вестник. – 2017. – № 4-9.;
URL: http://eduherald.ru/ru/article/view?id=17715 (дата обращения: 06.08.2020).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074