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
Влияние геометрических параметров L-образной метаструктуры на картину обратного рассеяния в диапазоне 16–25 ГГц
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.
- Knott E. F., Shaeffer J. F., Tuley M. T. Radar Cross Section. Raleigh, NC, SciTech Publishing, 2004. 611 p.
- Engheta N., Ziolkowski R. W., eds. Metamaterials: Physics and Engineering Explorations. Hoboken, NJ, John Wiley & Sons, Inc., 2006. 440 p.
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 57 просмотров