Островський О. С. *, Одаренко Е. Н. “Шматько А. А. **

* Українська інженерно-педагогічна академія, вул. Університетська, 16, Харків – 61003, Україна, Тел.: (0572) 206313; e-mail: oooc@ukr.net ** Харківський національний університет, пл. Свободи, 4, Харків-61077, Україна Тел.: (0572) 7075424; e-mail: evgeniy.n.odarenko @ univer.kharkov.ua

Fig. 1. Frequency relations of a coefficient module for reflection from a medium boundary surface

Як широкосмугового поглинача розглядається тришарова металізована магнітодіелектріческая структура, оптимізована за рівнем відображення електромагнітних хвиль. Її загальна товщина становить 21 мм.

Вихідною точкою для оптимізації були обрані характеристики шарів магнітодіелектриків, близькі до наведених в [1]. Процес оптимізації проводився методом Хука-Дживса [3]. При цьому використовувалися природні кордону для параметрів оптимізації. Мінімізується функція задавалася як алгебраїчна сума модулів коефіцієнтів віддзеркалення електромагнітних хвиль в N точках заданого частотного діапазону.

Для розглянутої структури в інтервалі кутів падіння ± 30 ° рівень енергії відбитого сигналу не перевищує 1% від енергії падаючої хвилі в смузі частот до 0.2ГГц. Поглинання в структурі практично не залежить від поляризації падаючої хвилі [6]. При відхиленні значень параметрів шарів від оптимальних на 5%, максимальний приріст усередненого в діапазоні довжин хвиль модуля коефіцієнта відображення не більше 0,02.

У досліджуваних структурах не розглядалися нелінійні ефекти і отримані рішення в частотному представленні використовувалися для дослідження поглинання імпульсів в структурі. Для переходу від просторово-частотного подання до просторово-тимчасовому було застосовано зворотне перетворення Фур’є [2].

Для тривалих імпульсних сигналів з порівняно вузькою смугою частотного спектра (рис.2, крива 1) поглинання сигналу практично рівномірно в смузі частот. Сумарна відображена енергія становить в даному випадку 0.28% від енергії падаючого поля, а пікова амплітуда – близько 5% від амплітуди падаючого сигналу.

Для більш коротких імпульсів в межах основної частини спектра сигналу залежності амплітуди і фази відбитого сигналу нерівномірні. Це призводить до істотних спотворень форми і розпливання імпульсів [5]. В даному випадку сумарна енергія відбитого поля становить 0.75% від енергії падаючого, а пікова амплітуда – 8.5% від амплітуди збуджуючого імпульсу (рис. 2, крива 2). Тобто, у порівнянні з характеристиками вузькосмугового сигналу, відношення пікова амплітуда / сумарна відбита потужність широкосмугового сигналу зменшується [6].

Рис. 2. Відображення імпульсних сигналів.

Fig. 2. Reflection of impulse signals

III. Висновок

Одним з перспективних напрямів створення СШП поглинаючих покриттів є використання магнітодіелектріческіх матеріалів, матеріальні константи яких близькі – e ~ | Li.

Чисельний аналіз характеристик розсіяних полів і оптимізаційні алгоритми дозволяють визначити параметри шаруватих поглиначів і практично повністю відмовитися від складної процедури експериментального підбору параметрів шарів.

На основі характеристик шаруватої структури, отриманих в частотному представленні, розраховані її імпульсні характеристики розсіювання. Сумарна енергія відбитого імпульсного сигналу визначається рівнем відбиття від структури (амплі-тудно-частотними характеристиками), а форма сигналу – резонансними характеристиками структури (амплітудно і фазо-частотними характеристиками) в межах смуги частот сигналу.

IV. Список літератури

[1] Harmuth Н. F. Antennas and Waveguides for Nonsinusoidal Waves. Orlando e. a.: Acad. Press, 1984.

[2] Островський О. С., Одаренко Е. Н., Шматько А. А. Захисні екрани і поглиначі електромагнітних хвиль / / Фізична інженерія поверхні, – 2003, – Т.1, № 2, – С. 160 -172.

[3] Вайнштейн Л. А., Вакман Д. Є. Поділ частот в теорії коливань і хвиль. М., 1983.

[4] Банді Б. Методи оптимізації. М.: Радіо і зв’язок, 1988.

[5] Ostrovskiy О., Soroka A., Shmat’ko A. Pulse transformation by wavequide and grating with inner dielectric layer / / Proc. ISA’93. Nanjing, China, 1993, – P. 424-427.

[6] Островський О. С. невідбивальним стратифікації / / ВюнікХарювського уиверсітету. Радюф1зіка та елек-троика, -1999, – Вип. 1, № 427, – С. 42-45.

MULTILAYER MICROWAVE ABSORBER

Ostrovskiy О. *, Odarenko E. **, Shmat’ko A. **

* Ukrainian Engineering-Pedagogical Academy 16, Universitetskay St., Kharkov, 61003, Ukraine Phone: (0572) 206313, e-mail: oooc@ukr.net ** Kharkov National University Svobody Sq.4, Kharkov – 61077, Ukraine Phone: (0572) 7075424 E-mail: evgeniy.n.odarenko@univer.kharkov.ua

Abstract – The problem of the microwave signal reflection and absorption by the multilayer loss media is solved. The optimum structure of an absorber is developed for the minimum number of layers. Space-time structure of electromagnetic field reflected by the multilayer structure is investigated by the Fourier method.

I.  Introduction

The big attention in radiophysics is paid to creation of effective microwave absorbers. At development of stratified absorbers the obtaining of the signal least reflection is actual at minimum width of a material.

II.  Main part

It is well known that electromagnetic wave reflected by the non-conducting media boundary is defined by the ratio of its wave impedance q = (| i / e) l / 2. If the constants ц and e are the same, the layer is like the free space. The reflection of normally falling electromagnetic waves by the boundary of two absorbing media is considered in detail in [1].

For the falling angles which differ from normal, the reflected field nature is quite another. Fig.1 shows the dependence of reflection coefficient module R on frequency parameter £2=(D£/a=l/tg5 for the different values of q in the case of E- polarization. One can notice that characteristics of reflected E- and H-polarized waves are the same, then q-> 1/q. The angle between the wave vector and the normal to the boundary is a=60. The figure shows that the conductance greater the reflectance higher. The minimum of R is achieved, when c=0.

The largest absorption takes place in layers with resonant thickness. Three layers on the metal surface are considered as an absorber. This structure has been optimized for the sake of largest absorption in the frequency band. The value of R in the case of a=0 is not more than 0,1. The total optimum thickness is 0.21 mm.

Fig. 2 shows time dependence of pulse sharpening reflected from the absorber. Curve 1 corresponds to the initial pulse duration of Ts= 10′8 s, 2- Ts= 10′9 s. The carrier frequency is equal to = 0.45GHz. In the case 1 the total reflected energy equal to 0.28 comparatively to the incidence energy and peak amplitude near 5 % comparatively to the incidence pulse amplitude. For the more shorter pulses one can observe considerable pulse distortion and widening.

III.  Conclusion

The optimum structure of an absorber is developed for the minimum number of layers. In the angle interval ±30°, the energy reflection does not exceed 1% for the E- or H-polarized waves. The absorber quality is restricted with reference to the definite pulse duration.

Джерело: Матеріали Міжнародної Кримської конференції «СВЧ-техніка і телекомунікаційні технології»