ЖУРНАЛ РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ. ISSN 1684-1719. 2020. № 10
Оглавление выпуска

Текст статьи (pdf)

English page

 

DOI  https://doi.org/10.30898/1684-1719.2020.10.6

УДК 537.874.2

 

Краевые эффекты в бистатических измерениях характеристик рассеяния образцов материалов

 

Р. В. Гильмутдинов 1, Н. Л. Меньших 1,2, С. А. Федоров 1,2

 1 Московский физико-технический институт (НИУ), 141700, г. Долгопрудный, Институтский пер. 9

 2 Институт теоретической и прикладной электродинамики РАН, 125412, г. Москва, ул. Ижорская, д.13

 

Статья поступила в редакцию 7 октября 2020 г.

 

Аннотация. В данной работе определялись ошибки, возникающие за счет краевых эффектов при измерении модуля коэффициента отражения (МКО) и при нахождении угла Брюстера. Рассматривалось влияние краевых эффектов на характеристики рассеяния образцов материалов с различной геометрией. Методом моментов в программе FEKO и аналитически по формулам Френеля исследован модельный материал с не зависящими от частоты параметрами среды. Показано путем численного моделирования, что расположение образца относительно поляризации падающей волны практически не влияет на величину МКО, наблюдается увеличение угла Брюстера в зависимости от частоты. Исследовался коэффициент отражения от квадратного образца с радиопоглощающим материалом (РПМ) на металлической подложке. Проведены измерения его характеристик рассеяния на стенде для бистатических измерений, полученные результаты находятся в соответствии с расчетными данными, полученными методом моментов, и аналитическими. Выявлено заметное влияние краевых эффектов на коэффициент отражения от образца материала, особенно вблизи угла Брюстера.

Ключевые слова: бистатические измерения, краевые эффекты, коэффициент отражения, метод моментов, FEKO, безэховая камера.

Abstract. This work is devoted to studying errors emerging by the edge effects when measuring the reflection coefficient (R) and when finding Brewster angle. The impact of edge effects on the scattering characteristics of planar material samples with different geometries was considered. The method of moments in the FEKO program and analytical calculations using Fresnel formulas are used to study a model material with frequency-independent parameters of the medium. A plane linearly polarized wave falling on the object was studied. For each incidence angle of the wave, the electromagnetic field reflected from the object in the mirror direction was calculated. To calibrate the received signal a reference metal plate of the same size as the size of sample under study was used. To estimate the contribution of the finite-size of the sample in the of reflection coefficient, the simulation results were compared with analytical calculations using Fresnel formulas. The results of the electrodynamic simulation of the characteristics of the model material showed that the position of the sample relative to the polarization of the incident wave does not affect the R value; an increase in Brewster angle depending on the frequency was observed. The reflection coefficient of a square sample with a radar absorbent material (RAM) on a metal substrate was investigated. Measurements of the sample scattering characteristics were carried out in an indoor electromagnetic test bistatic facility (anechoic chamber) in ITAE RAS. The experimental results are in accordance with the calculated data obtained by the method of moments and analytical data. For the sample under study, the value of Brewster angle was not determined due to the fact that this value is outside the measurement range. A significant influence of edge effects on the reflection coefficient of the material sample was revealed, especially for angles closed to Brewster angle.

Key words: bistatic measurements, edge effects, reflection coefficient, method of moments, FEKO, anechoic chamber.

Литература

1. Bezoušek P., Schejbal V. Bistatic and multistatic radar systems // Radio engineering. 2008. Vol.17. No.3.

2.  Gurel L., Bagci H., Castelli J. C., Cheraly A. and Tardivel F. Validation through comparison: measurement and calculation of the bistatic radar cross section of a stealth target // Radio Science. 2003. Vol.38, No.3.

3. Pienaar M., Odendaal J.W., Joubert J., Cilliers J. E., Smit J.C. Active calibration target for bistatic radar cross-section measurements // Radio Sci. 2016. Vol.51. P.515-523. https://doi.org/10.1002/2015RS005931.

4. Potgieter M., Odendaal J.W., Blaauw C., Joubert J. Bistatic RCS measurements of large targets in a compact range // IEEE Trans. on Antennas and Propagation. 2019. Vol.67. No.4. P.2847.

5. Zeng J., Chen K.-S., Bi H., Zhao T., Yang X.A. Comprehensive analysis of rough soil surface scattering and emission predicted by AIEM with comparison to numerical simulations and experimental measurements // IEEE Trans. on Geoscience and Remote Sensing. 2017. Vol.55. No.3.

6. Eyraud C., Geffrin J.-M., Sabouroux P., Chaumet P.C., Tortel H.,          Giovannini H., Litman A. Validation of a 3D bistatic microwave scattering measurement setup // Radio Science. 2008. Vol.43. P.4018. 2008.

7. Röding M., Sommerkorn G., Häfner S., Ihlow A., Jovanoska S., Thomä R. S.     A double-arch positioner for bistatic RCS measurements with four degrees of freedom // Proc. of the 47th European Microwave conf. Oct. 2017.

8. Saleh H., Geffrin J.-M., Tortel H. Bistatic scattering measurement on low permittivity spheroidal objects // 2017 11th European Conference on Antennas and Propagation (EUCAP). Paris. 2017. P.259-262.

9. Saleh H., Geffrin J.-M., Eyraud С., Tortel H. Upgrading the settings of a microwave experimental setup for better accuracy in bistatic radar cross section measurement //  2017 Mediterranean Microwave Symposium (MMS).

10. Umari M.H., Ghodgaonkar D.K., Varadan V.V., Varadan V.K. A free-space bistatic calibration technique for the measurement of parallel and perpendicular reflection coefficients of planar samples // IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement. 1991. Vol.40. No.1. P.19-24.

11. Masaki T., Ishii Y., Michishita N., Morishita H., Hada H. Monostatic and bistatic RCS measurements for thin metasurfaces // Proceedings of 2017 IEEE CAMA, Tsukuba, Japan.

12. Álvarez H.F., de Cos M.E., Las-Heras F. Monostatic and bistatic measurements of metasurfaces on anechoic chamber and a comparison with electromagnetic simulations // 13th European Conference on Antennas and Propagation EuCAP 2019.

13. Лебедев А.М., Обухов М.Л., Селин И.А., Фурманова Т.А. Закономерности двухпозиционного рассеяния металлическим треугольником // Журнал радиоэлектроники [электронный журнал]. 2019. No.12. https://doi.org/10.30898/1684-1719.2019.12.15

14. Knott E.F., Shaeffer J.F., Tuley M.T. Radar cross section. Boston: SciTech Publishing. 1993. 477 p.

15. Федоров С.А., Меньших Н.Л., Солосин В.С. Стенд для измерений бистатических параметров рассеяния малоразмерных объектов // XI Всероссийская научно-техническая конференция "Метрология в радиоэлектронике". Менделеево, Московская обл., 19-21 июня 2018 г.

16. Федоров С.А., Меньших Н.Л. Измерительный комплекс для определения параметров двухпозиционного рассеяния ЭМВ // VI Микроволновая конференция. Москва, 27-29 ноября 2018.

17. Бреховских Л.М. Волны в слоистых средах. М.: Наука, 1973. 503 с.

18.  Иванова В.И., Кибец С.Г., Краснолобов И.И., Лагарьков А.Н., Политико А.А., Семененко В.Н., Чистяев В.А. Разработка широкополосного радиопоглощающего покрытия с высокими эксплуатационными свойствами // Журнал радиоэлектроники [электронный журнал]. 2016. №7. URL: http://jre.cplire.ru/jre/jul16/5/text.pdf

19. Семененко В.Н., Чистяев В.А., Политико А.А., Басков К.М. Стенд для измерения в свободном пространстве радиофизических параметров материалов в сверхширокой полосе сверхвысоких частот // Измерительная техника. 2019. №2.

 

Для цитирования:

Гильмутдинов Р.В., Меньших Н.Л., Федоров С.А. Краевые эффекты в бистатических измерениях характеристик рассеяния образцов материалов. Журнал радиоэлектроники [электронный журнал]. 2020. №10. https://doi.org/10.30898/1684-1719.2020.10.6