بخشی از مقاله
چکیده
در این مقاله طراحی، شبیهسازی و تحلیل فیزیکی چند نمونه جاذب فراماده بسیار نازک در فرکانسهای تراهرتز و گیگاهرتز ارائه شده است. با الگو برداری و ترکیب دو سازه اول که تک باند هستند دو نوع جاذب فراماده دیگر که باند دو گانه دارند در فرکانس تراهرتز طراحی شده است که از پهنای باند مناسبی برخوردار هستند و هر دو فرکانس تشدید سازههای طرح اولیه هم زمان در سازههای ثانویه ظاهر شده است. این جاذبها عملکرد خوبی در برابر تغییر زاویه در مود TE دارند, فرکانس تشدید سازهها با تغییر دادن شکل هندسی رزوناتورها قابل تنظیم است. عملکرد جذب یکی از سازهها به عنوان نمونه با اعمال ضریب فاکتوری به محدوده فرکانس گیگاهرتز انتقال داده شده است. میتوان با استفاده از ضریب فاکتور مناسب، مقدار جذب و پهنای باند را در این سازه بهینه نمود. این سازهها پتانسیلهای خوبی در پنهانکاری اهداف و کاهش سطح مقطع راداری دارند.
واژههای کلیدی: جاذبهای فرامواد، سطح مقطع راداری، پنهان کاری اهداف
-1 مقدمه
در سالهای اخیر، فنآوریهای رادار با فرستندههای توان بالا دارای پهنای باند زیاد به طور قابل ملاحظهای توسعه یافتهاند، بنابراین اهمیت فنآوریهای نهانکاری در برابر رادارهای ردیاب نیز افزوده شده است. برای کاهش RCS روشهای متعددی وجود دارد. این روشها به سه دسته تقسیم میشوند: شکل دادن به هدف، استفاده از مواد جاذب رادار - RAM - و ساختارهای جذب کننده رادار - RAS - که یکی از ساختارهای RAS، میتوان به فرامواد اشاره نمود. در این مقاله با توجه به ویژگیهای خاص جاذبهای فرامواد ، نظیر ضخامت خیلی کم آنها در مقیاس طول موج سیگنال انتشاری، این ساختارها مورد مطالعه قرار گرفته است.
بعد از ارائه اولین مباحث تئوری [1]،[2] و آزمایشی [3] فرامواد تحقیقات گستردهای در مواد دست چپی، کریستالها فوتونیک و فرامادههای مغناطیسی [4]-[5] انجام شده است. فرامادهها میتوانند در آنتنها، لنزها، فیلترها و جاذبها کاربرد داشته باشند. تعدادی ساختار مسطح جاذب فراماده در فرکانسهای مایکروویو [6-10], [18]، تراهرتز [11-13] و مادون قرمز [14]، طراحی و ساخته شده است. یک جاذب فراماده ایدهآل بایستی ضمن داشتن حداکثر جذب توان، عدم حساسیت به نوع پلاریزاسیون موج انتشاری [13], [15], [18], [19]، پهنای باند مناسب [16] و در محدوده بیشتری از زوایا [17] عملکرد داشته باشد. متاسفانه اغلب جاذبهای فرامادهها پهنای باند کمی دارند و حساس به نوع پلاریزاسیون هستند.
کارآیی جاذبهای فرامواد، وابسته به ساختار هندسی و نوع موادی که در آنها استفاده میشود هستند.در بخش دوم این مقاله، دو نمونه اولیه از ساختارهای فراماده تک باند طراحی و شبیهسازی می شود و از نظر پهنای باند و حساسیت آنها نسبت به تغییر زوایه برخورد امواج به این سازه مورد بررسی قرار گرفته است. در بخش سوم، ساختارهای ثانویه با اقتباس از سازههای اولیه ضمن حفظ همان فرکانس رزونانسهای سازه های اولیه، بهینه شده و رفتار آنها در برابر تغییر زاویه امواج برخوردی مورد ارزیابی قرار میگیرند. در بخش چهارم به عنوان نمونه یکی از سازههای بررسی شده بخش سوم در باند گیگاهرتز طراحی و تحلیل شده است و در بخش پنجم نتایج مقاله ارائه شده است.
-2 جاذبهای فراماده تک باند
بیشترین طراحی جاذبهای فرامواد در فرکانسهای تراهرتز که تک باند و از جذب بسیار بالا برخوردار هستند. انجام شده است. در این مقاله از ساختارهایی که در [12 ] وجود دارد استفاده شده است ویژگی که این جاذبها داشتند تک باند بودن آنها است که از پهنای باند محدودی برخوردار هستند. با تغییر ساختار هندسی آنها میتوان یک جاذب دو باند در فرکانسهای تراهرتز و گیگاهرتز طراحی کرد. در سازههای طراحی شده از یک تزویجگر میدان الکتریکی - - ELC= Electric-Field- Coupled استفاده شده است.بیشینه جذب زمانی اتفاق میافتد که با توجه به - - T - A - - 1 5 - مقادیر - - R و - - T همزمان در یک فرکانس مشخص صفر باشند. ضریب جذب - A - در صورتی برابر یک است که با اتخاذ مقادیرمناسب برای ضرایب دی الکتریک و مغناطیسی، امپدانس فضای آزاد و محیط فراماده با هم برابر باشند. به عبارتی تطبیق امپدانس دو محیط وجود داشته باشد.
ساختارهای نشان داده شده در شکل - 1 - با استفاده از نرم افزار CST ویرایش 2015 با اتخاذ شرایط مرزی تک سلول در حوزه فرکانس شبیهسازی شده است. ابعاد هر دو ساختار پس از بهینه شدن در جدول - 1 - درج شده است. در این شرایط موج انتشاری توسط دهانههای منبع به صورت عمود بر سازه که در صفحه XY قرار گرفته تابیده میشود. این ساختار شامل دو لایه فلزی از جنس طلا که توسط یک لایه دیالکتریکی پلیمید که مشخصات الکتریکی آنها در جدول - 2 - درج شده از هم جدا شدهاند. ساختار سازه فلزی بالایی در شکل - 1 - ترسیم شده است و سازه فلزی پایین، کاملا با یک صفحه طلا، به عنوان زمین جاذب پوشیده شده است. بنابر این ضریب جذب - - A - - 1 5 میباشد. بدست آوردن بیشینه جذب، معادل با کمینه کردن ضریب انعکاس است.
افزایش جذب امواج در ساختارهای فراماده ناشی از تلفات دیالکتریک و اهمی است و نقش تلفات دیالکتریک بسیار حائز اهمیت است که منتج از نوع دیالکتریکی که در لایه جدا کننده بین دو فلز ساختار قرار میگیرد میباشد. همچنین تلفات اهمی به ساختار هندسی سازه و ضریب هدایت فلز بستگی دارد.پاسخ جذب امواج برای هر دو ساختار در مودهای TE و TM در صورتی که تابش امواج عمودی باشد در شکل - 2 - و مقادیر پارامترهای مهم سازه در جدول - 3 - توصیف شده است.پاسخها همانطور که در سازههای شکل - 1 - نیز مشهود است. زمانی که میدان الکتریکی عمود بر صفحه XZ است و مود TE بر قرار باشد ساختار شبیه یک مدار LC در حال رزونانس خواهد بود. در صورتی که میدان الکتریکی در صفحه XZ یا همان صفحه برخورد باشد. مود TM است و سیگنال ساختار را مناسب تحریک نخواهد کرد. بنابر این تشدید چندان مشهود نخواهد بود.
