Известия Саратовского университета.

Новая серия. Серия Физика

ISSN 1817-3020 (Print)
ISSN 2542-193X (Online)


Для цитирования:

Мазинов А. С., Болдырев Н. А., Марендич А. А., Старосек А. В., Нудьга А. А. Влияние геометрических параметров L-образной метаструктуры на картину обратного рассеяния в диапазоне 16–25 ГГц // Известия Саратовского университета. Новая серия. Серия: Физика. 2026. Т. 26, вып. 3. С. 274-285. DOI: 10.18500/1817-3020-2026-26-3-274-285, EDN: MDQDJO

Статья опубликована на условиях лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International (CC-BY 4.0).
Опубликована онлайн: 
30.09.2026
Полный текст в формате PDF(Ru):
(загрузок: 23)
Язык публикации: 
русский
Тип статьи: 
Научная статья
УДК: 
537.874.6,621.396.67
EDN: 
MDQDJO

Влияние геометрических параметров L-образной метаструктуры на картину обратного рассеяния в диапазоне 16–25 ГГц

Авторы: 
Мазинов Алим Сеит-Аметович, Крымский федеральный университет им. В. И. Вернадского
Болдырев Николай Алексеевич, Крымский федеральный университет им. В. И. Вернадского
Марендич Алексей Александрович, Крымский федеральный университет им. В. И. Вернадского
Старосек Александр Викторович, Крымский федеральный университет им. В. И. Вернадского
Нудьга Александр Александрович, Крымский федеральный университет им. В. И. Вернадского
Аннотация: 

В работе представлены результаты численного и экспериментального исследования рассеяния на плоской метаструктуре с L-образными резонаторами в диапазоне 16–25 ГГц при нормальном падении линейно поляризованной электромагнитной волны. Основное внимание уделено влиянию геометрических параметров элементарной ячейки на резонансные свойства метаповерхности и подавление обратного рассеяния. Цель исследования заключалась в определении конфигурации, обеспечивающей максимальное снижение эффективной площади рассеяния при сохранении устойчивой диаграммы рассеяния. Оптимизация проводилась путем последовательного анализа длины плеч резонаторов, величины емкостных зазоров между элементами и краевого смещения ячейки. Численное моделирование выполнялось в среде Ansys HFSS 2024 R2, после чего результаты были сопоставлены с экспериментальными данными, полученными на изготовленных образцах на подложке FR-4 толщиной 1.6 мм. Измерения проводились в контролируемой конфигурации с использованием векторного анализатора цепей и рупорной антенны. Установлено, что изменение геометрии существенно влияет на положение и глубину резонансных минимумов. Наиболее выраженное подавление обратного рассеяния достигается при значениях геометрических параметров, обеспечивающих эффективное перераспределение отраженной энергии из нормального направления. Оптимальная конфигурация обеспечивает снижение относительной эффективной площади рассеяния до 23.7 дБ на частоте 23.5 ГГц. Полученные распределения полей показывают, что механизм подавления связан с локализацией электрического поля и поверхностных токов, приводящей к деструктивной интерференции отраженной волны. Сопоставление расчета и эксперимента подтвердило хорошее согласие результатов и практическую пригодность предложенного подхода для управления рассеянием в СВЧ диапазоне.

Благодарности: 
Исследование выполнено при финансовой поддержке Российского научного фонда (проект № 25-22-00261, https://rscf.ru/project/25-22-00261/).
Список источников: 
  1. Knott E. F., Shaeffer J. F., Tuley M. T. Radar Cross Section. Raleigh, NC, SciTech Publishing, 2004. 611 p.
  2. Engheta N., Ziolkowski R. W., eds. Metamaterials: Physics and Engineering Explorations. Hoboken, NJ, John Wiley & Sons, Inc., 2006. 440 p.
  3. Ashfaq A., Dong-You C. Design, optimization, and comparative analysis of wide-band polarization conversion along with dual coding sequences for RCS reduction. Scientific Reports, 2024, vol. 14, art. 8262. https://doi.org/10.1038/s41598-024-59054-y
  4. Zahra S., Ma L., Wang W., Ji J., Chen D., Liu Y., Zhou Y., Li N., Huang Y., Wen G. Electromagnetic metasurfaces and reconfigurable metasurfaces: A review. Frontiers in Physics, 2021, vol. 8, art. 593411. https://doi.org/10.3389/fphy.2020.593411
  5. Klyuev D. S., Neshcheret A. M., Pestovskiy I. N., Pestovskiy K. I., Potapov A. A., Sokolova Y. V. Antenna systems based on chiral metamaterials with fractal radiator geometry for radio communication systems. Physics of Wave Processes and Radio Systems, 2026, vol. 29, no. 1, pp. 125–141. (in Russian). https://doi.org/10.18469/1810-3189.2026.29.1.125-141
  6. Abdulkarim Y. I., Mohanty A., Acharya O. P., Appasani B., Khan M. S., Mohapatra S. K., Muhammadsharif F. F., Dong J. A review on metamaterial absorbers: Microwave to Optical. Frontiers of Physics, 2022, vol. 10, art. 893791. https://doi.org/10.3389/fphy.2022.893791
  7. Wang B.-X., Xu C., Duan G., Xu W., Pi F. Review of broadband metamaterial absorbers: From principles, design strategies, and tunable properties to functional applications. Adv. Funct. Mater., 2023, vol. 33, iss. 14, art. 2213818. https://doi.org/10.1002/adfm.202213818
  8. Al-Badri K. S. L. Design of perfect metamaetiral absorber for microwave applications. Wireless Pers. Commun., 2021, vol. 121, pp. 879–886. https://doi.org/10.1007/s11277-021-08663-1
  9. Li S. J., Cao X. Y., Xu H. X., Zhang Z., Zhou Y. L., Valtr J. F. H., Zhang C. Ultra-wideband RCS reduction of metasurface antenna based on spoof surface plasmon polariton and ttransmission. Radioengineering, 2018, vol. 27, no. 2, pp. 386–393. https://doi.org/10.13164/re.2018.0386
  10. Ramachandran T., Faruque M. R. I., Islam M. T., Khandaker M. U., Al-Mugren K. S. Development of diverse coding metamaterial structure for radar cross section reduction applications. Scientific Reports, 2022, vol. 12, art. 10958. https://doi.org/10.1038/s41598-022-14911-6
  11. El-Sewedy M., Abdalla M. A review for antenna performance enhancement using metasurface structures. Journal of Engineering Science and Military Technologies, 2021, vol. 5, iss. 1, pp. 1–13. https://doi.org/10.21608/ejmtc.2022.111372.1208
  12. Wang J., Zhao Q., Fu F., Wang K., Ye Z., Yin S., Wang H., Wang L. Optimization of wideband RCS reduction via controlled phase and amplitude in metasurface design. Applied Physics A, 2024, vol. 130, art. 220. https://doi.org/10.1007/s00339-024-07298-w
  13. Fu C., Han L., Liu C., Lu X., Sun Z. Combining Pancharatnam–Berry phase and conformal coding metasurface for dual–band RCS reduction. IEEE Transactions on Antennas and Propagation, 2022, vol. 10, iss. 3, pp. 2352–2357. https://doi.org/10.1109/TAP.2021.3112618
  14. Lin B., Huang W., Yang Y., Lv L., Guo J., Wang Y. A 2-bit Pancharatnam-Berry coding metasurface for ultra-wideband and polarization-insensitive RCS reduction. Plasmonics, 2022, Vol. 17, pp. 893–900. https://doi.org/10.1007/s11468-021-01586-4
  15. Wang J., Yang H., Yi Z., Wang J., Cheng S., Li B., Wu P. High absorption Broadband ultra-long infrared absorption device based on nanoring-nanowire metasurface structure. Photonics, 2025, vol. 12, iss. 5, art. 451. https://doi.org/10.3390/photonics12050451
  16. Kuznetsov A. P., Sedova Y. V. Ensembles of four discrete phase oscillators. Izvestiya of Saratov University. Physics, 2025, vol. 25, iss. 2, pp. 134–146 (in Russian). https://doi.org/10.18500/1817-3020-2025-25-2-134-146
  17. Hossain Md B., Faruque M. R. I. ., Sabirin A., Islam M. T. Optimization-driven design of a 2-bit coding based metasurface absorber for enhanced EMI shielding and RCS reduction. Ain Shams Engineering Journal, 2024, vol. 15, iss. 4, art. 102674. https://doi.org/10.1016/j.asej.2024.102674
  18. Lin B., Huang W., Guo J., Wang Z., Si K., Ye H. An absorptive coding metasurface for ultra-wideband radar cross-section reduction. Scientific Reports, 2024, vol. 14, art. 12397. https://doi.org/10.1038/s41598-024-63260-z
  19. Hafeez S., Yu J., Umrani F. A., Huang Y., Yun W., Ishfaq M. Dual-polarization conversion and coding metasurface for wideband radar cross-section reduction. Photonics, 2024, vol. 11, iss. 5, art. 454. https://doi.org/10.3390/photonics11050454
  20. Zhang S., Cao W., Zhao E., Li D., Shen X. Wideband monostatic and bistatic radar cross-section reductions using polarization conversion metasurface. Microwave and Optical Technology Letters, 2024, vol. 66, iss. 7, art. e34231. https://doi.org/10.1002/mop.34231
  21. Mazinov A. S., Padalinsky M. M., Boldyrev N. A., Starosek A. V. Simulation of scattering properties of modular metasurfaces in the 16–25 GHz range and comparison with experimental results. Izvestiya of Saratov University. Physics, 2023, vol. 23, iss. 2, pp. 102–111. https://doi.org/10.18500/1817-3020-2023-23-2-102-111
  22. Mazinov A. S., Boldyrev N. A., Padalinsky M. M., Juras’ I. V., Fitaev I. Sh. Scattering and frequency properties of a metasurface with triangular spiral resonators combined with thin conducting films. Zhurnal radioelektroniki [Journal of Radio Electronics], 2026, no. 1, art. 1 (in Russian). https://doi.org/10.30898/1684-1719.2026.1.1
Поступила в редакцию: 
09.04.2026
Принята к публикации: 
17.06.2026
Опубликована: 
30.09.2026