ЖУРНАЛ РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ. ISSN 1684-1719. 2022. №11
Оглавление выпуска

Текст статьи (pdf)

DOI: https://doi.org/10.30898/1684-1719.2022.11.14

УДК: 621.371: 538.574

ЦИЛИНДРИЧЕСКИЕ АНИЗОТРОПНЫЕ МЕТАПОВЕРХНОСТИ С БИГРАДИЕНТНЫМ СПИРАЛЬНЫМ КОДИРОВАНИЕМ ФАЗЫ

ПАНЧАРАТНАМ-БЭРРИ И АНОМАЛЬНЫМ РАССЕЯНИЕМ

А.И. Семенихин, Д.В. Семенихина

Южный Федеральный Университет, Институт радиотехнических систем и управления, 347928, Таганрог, пер. Некрасовский, 44

Статья поступила в редакцию 1 декабря 2022 г.

Аннотация. Исследуются характеристики рассеяния анизотропных цилиндрических фазо-градиентных метаповерхностей (МП) с различным спиральным кодированием фазы Панчаратнам-Бэрри (Pancharatnam-Berry phase – PB-фазы). Сравнивается эффективность снижения поля рассеяния волн круговых поляризаций (circularly polarized waves – СР-волн) в переднем полупространстве для трех различных моделей МП с одинаковым градиентом PB-фазы в азимутальном направлении и различными градиентами фазы в осевом направлении. Метаповерхности конформно расположены на полуцилиндрических металлических многогранных призмах. Метачастицы имеют вид тройных связанных сплит-ринг резонаторов. Спиральное кодирование PB-фазы единичных ячеек МП в азимутальном и осевом направлениях осуществляется вращением метачастиц. Численно оценивается влияние постоянных фазовых градиентов на частотные характеристики обратно рассеянных полей и бистатические диаграммы рассеяния СР-волн в азимутальной и меридиональной плоскостях. Показано, что осевой градиент фазы вызывает более эффективное аномальное рассеяние ко- и кросс-поляризованных СР-волн. Он приводит к отклонению интенсивных дифракционных лепестков от нормали в меридиональной плоскости на большой угол и к смещению лепестков в азимутальной плоскости. Биградиентные МП обеспечивают снижение поля рассеяния СР-волн не менее, чем на 10 дБ в полосе от 10-12 ГГц до 18.5 ГГц в широких секторах углов в азимутальной (до ±75°) и в меридиональной (до ±40°) плоскостях.

Ключевые слова: цилиндрические анизотропные метаповерхности, фазо-градиентные метаповерхности, аномальное рассеяние, фаза Панчаратнам-Бэрри, снижение ЭПР.

Финансирование: Работа выполнена в Центре коллективного пользования «Прикладная электродинамика и антенные измерения» Южного федерального университета, Таганрог, по гранту Российского научного фонда (Проект №22-19-00537, https://rscf.ru/project/22-19-00537/).

Автор для переписки: Семенихина Диана Викторовна, d_semenikhina@mail.ru

Литература

1. Yu N. et al. Light propagation with phase discontinuities: generalized laws of reflection and refraction. Science. 2011. V.34. Р.333-337. https://doi.org/10.1126/science.1210713

2. Aieta F. et al. Out-of-Plane Reflection and Refraction of Light by Anisotropic Optical Antenna Metasurfaces with Phase Discontinuities. Nano Lett. 2012. V.12. Р.1702-1706. https://doi.org/10.1021/nl300204s

3. Chen W., Balanis C.A., Birtcher C.R., and Modi A.Y. Cylindrically curved checkerboard surfaces for radar cross-section reduction. IEEE Antennas Wireless Propag. Lett. 2018. V.17. №2. P.343-346. https://doi.org/10.1109/LAWP.2018.2789906

4. Zhao J., et al. Achieving flexible low-scattering metasurface based on randomly distribution of metaelements. Optics Express. 2016. V.24. №24|28. P.27850. https://doi.org/10.1364/OE.24.027849

5. Shahi A. and Abdolali A. Cylinder scattering pattern manipulation for dual-polarized radar cross-section reduction using inhomogeneous metasurface. 2017 Iranian Conference on Electrical Engineering (ICEE). 2017. P.1691-1696. https://doi.org/10.1109/IranianCEE.2017.7985322

6. Luo X.-Y., Chen K., Guo W.-L., and Feng Y.J. Ultra-Thin Conformal Metasurface for Backward RCS Reduction of Large Cylindrical Object. 2019 International Conference on Microwave and Millimeter Wave Technology (ICMMT). 2019. P.1-3. https://doi.org/10.1109/ICMMT45702.2019.8992058

7. Chen K., et al. Coding metasurface for broadband microwave scattering reduction with optical transparence. Optics Express. 2017. V.25. №5|6. P.5571. https://doi.org/10.1364/OE.25.005571

8. Wang M., et al. The diffusion conformal metasurface for wide-band RCS reduction of cylindrical target. 2017 Sixth Asia-Pacific Conference on Antennas and Propagation (APCAP). 2017. P.1-3. https://doi:10.1109/APCAP.2017.8420767

9. Li S., et al. Design of Broadband and Broad-Angle Low-Scattering Conformal Metasurface with Genetic Algorithm. 2019 International Applied Computational Electromagnetics Society Symposium - China (ACES). 2019. P.1-2. https://doi.org/10.23919/ACES48530.2019.9060674

10. Wang Y. and Su J. Conformal Metasurface for Wideband RCS Reduction. 2020 IEEE MTT-S International Microwave Workshop Series on Advanced Materials and Processes for RF and THz Applications (IMWS-AMP). 2020. P.1-3.

https://doi.org/10.1109/IMWS-AMP49156.2020.9199688

11. Wang Y. et al. A Prismatic Conformal Metasurface for Radar Cross-Sectional Reduction. IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters. 2020. V.19. №4. P.631-635. https://doi.org/10.1109/LAWP.2020.2974018

12. Chatterjee J., Mohan, A. and Dixit V. Ultrawideband RCS Reduction of Planar and Conformal Surfaces Using Ultrathin Polarization Conversion Metasurface. IEEE Access. 2022. V.10. P.36563-36575. https://doi:10.1109/ACCESS.2022.3163850

13. Fu C. et al. Combining Pancharatnam–Berry Phase and Conformal Coding Metasurface for Dual-Band RCS Reduction. IEEE Transactions on Antennas and Propagation. 2022. V.70. №3. P.2352-2357. https://doi.org/10.1109/TAP.2021.3112618

14. Zhou Y.et al., Wavefront Control of 2D Curved Coding Metasurfaces Based on Extended Array Theory. IEEE Access. 2019. V.7. P.158427-158433. https://doi.org/10.1109/ACCESS.2019.2905656

15. Semenikhin A.I., Semenikhina D.V., Yukhanov Y.V., and Blagovisnyy P.V. Synthesis of 1-bit Digital Anisotropic Impedance Cylindrical Metasurface for Monostatic RCS Reduction. 2018 International Conference on Electromagnetics in Advanced Applications (ICEAA). 2018. P.153-156. https://doi.org/10.1109/ICEAA.2018.8519811

16. Semenikhin A.I., Semenikhina D.V., Yukhanov Y.V., and Blagovisnyy P.V. Reduction and Cancellation of the RCS of Cylindrical Surfaces Using Conformal Digital 1-bit Meta-covers. 2019 International Symposium ELMAR. 2019. P.167-170. https://doi.org/10.1109/ELMAR.2019.8918812

17. Semenikhin A.I., Semenikhina D.V., Yukhanov Y.V., and Blagovisnyy P.V. “Effect of Marguerite” in Scattering Patterns of Cylindrical Digital 1-Bit Anisotropic Metasurfaces. 2019 Antennas Design and Measurement International Conference (ADMInC). 2019. P.154-157. https://doi.org/10.1109/ADMInC47948.2019.8969144

Для цитирования:

Семенихин А.И., Семенихина Д.В. Цилиндрические анизотропные метаповерхности с биградиентным спиральным кодированием фазы Панчаратнам-Бэрри и аномальным рассеянием. Журнал радиоэлектроники [электронный журнал]. 2022. №11. https://doi.org/10.30898/1684-1719.2022.11.14