Ученые Центра фотоники и двумерных материалов МФТИ совместно с коллегами из Китая разработали покрытие из метаматериала, которое подавляет рассеяние радиоволн от крупных предметов сразу на двух независимых частотах. Это открывает возможности для создания радиопрозрачных конструкций, снижения помех в антенных системах и разработки защищенных систем связи. Результаты исследования опубликованы в журнале Laser & Photonics Reviews.
Когда электромагнитная волна падает на объект, часть энергии рассеивается. Именно поэтому радары «видят» самолеты, корабли и другие объекты. Чтобы сделать такие объекты менее заметными для радиолокации, ученые разрабатывают разные способы подавления рассеяния.
Однако существующие подходы либо требуют очень сложных материалов с пространственно меняющимися параметрами, либо хорошо работают только для объектов, размеры которых меньше длины волны, и часто ограничены одной рабочей частотой.
В новом исследовании ученые МФТИ совместно с коллегами из Китая разработали покрытие из метаматериалов, которое позволяет существенно снизить радиолокационную заметность объектов.
Снаружи оно выглядит как многослойная решетка из гибких печатных плат с медными перекрестиями. Но ее электромагнитные свойства необычны: покрытие работает в ENZ-режиме, когда некоторые из компонент эффективной диэлектрической проницаемости близки к нулю. Тогда электромагнитная волна испытывает очень малый фазовый сдвиг, и ее взаимодействием с объектом можно тонко управлять. В результате на двух настраиваемых частотах рассеяние волн крупным объектом заметно уменьшается.
Чтобы проверить эффект, авторы провели микроволновый эксперимент в безэховой камере. Образец изготовили по дешевой и широко используемой технологии гибких печатных плат: медные сетки сформировали на тонкой диэлектрической пленке, а внутри разместили кубический металлический рассеиватель.
В эксперименте использовали рупорную антенну, формировавшую линейно поляризованную плоскую волну, и зондовую антенну, с помощью которой измеряли электрическое поле за объектом.
«Эксперимент стал для нас ключевым подтверждением того, что покрытие работает именно так, как предсказывала теория. На двух рабочих частотах – 10,7 и 16,2 ГГц – волновой фронт за объектом оставался заметно более плоским, чем без покрытия, а значит, рассеяние существенно уменьшалось. Когда же мы уходили от этих частот, эффект быстро ослабевал, и фронт волны снова искажался. Это показывает, что подавление рассеяния связано именно с двухдиапазонным ENZ-режимом», – рассказал Денис Кислов, старший научный сотрудник Центра фотоники и двумерных материалов МФТИ.
Эффект наблюдался даже тогда, когда метаматериал и рассеиватель не соприкасались напрямую. Более того, покрытие ослабляет рассеяние волн при облучении под разными углами, что позволяет подавлять рассеяние от объекта в двух диапазонах сразу и во всех направлениях.
«Главное преимущество нашего подхода – технологичность. Конструкция собирается из гибких печатных плат и не требует сложных или дорогих материалов. При этом метод позволяет работать с электрически большими объектами, а рабочие частоты можно гибко настраивать, меняя геометрию медных элементов», – дополнил Денис Кислов.
Новое покрытие найдет применение там, где нужно подавить нежелательное отражение радиоволн, например, снизить заметность объектов для радаров.
Сейчас ученые работают над тем, чтобы сделать ячейки метаматериала еще меньше, что позволит уменьшить остаточное рассеяние. Также ученые планируют интегрировать внутрь конструкции жидкие кристаллы или материалы с фазовым переходом. Тогда частоты «невидимости» можно будет перестраивать в реальном времени и в широком диапазоне.
Информация предоставлена пресс-службой МФТИ
Источник фото: ru.123rf.com
