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.
Рис. 1. Схема рассеяния ЭМВ на двумерной пластине с РПП
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
.
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)
б)
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: https://eduherald.ru/ru/article/view?id=17715 (дата обращения: 19.04.2024).