АНИЗОТРОПНАЯ ИМПЕДАНСНАЯ ЦИЛИНДРИЧЕСКАЯ МЕТАПОВЕРХНОСТЬ ДЛЯ САМОАДАПТИВНОГО ГАШЕНИЯ РАССЕЯННЫХ ВОЛН ЛЮБЫХ ПОЛЯРИЗАЦИЙ
Аннотация
Статья посвящена актуальной проблеме – снижению эффективной площади рассея-
ния (ЭПР) объектов цилиндрической формы с помощью анизотропных метаповерхностей
(МП). Целью работы является исследование анизотропных импедансных МП для само-
адаптивного (к частоте облучения) гашения ЭПР цилиндрических металлических поверх-
ностей при облучении волнами любой поляризации. Для достижения поставленной цели
проанализированы известные принципы работы, конструкции и возможности МП для
снижения эффективной площади рассеяния как плоских, так и цилиндрических металличе-
ских поверхностей, включая поверхности электрически малого радиуса. Рассмотрены
2D-задачи рассеяния плоской электромагнитной волны ТЕ и ТМ поляризаций на модели
цилиндрической метаповерхности (ЦМП) в форме кругового цилиндра с анизотропными
гомогенизированными импедансными граничными условиями общего вида. Методом собст-
венных функций получены аналитические выражения для матриц рассеяния цилиндриче-
ской метаповерхности в базисах линейных (LP) и круговых (CP) поляризаций. Матрицы
рассеяния позволяют решать различные задачи синтеза тензора импеданса ЦМП по за-
данным характеристикам рассеяния в LP- и CP-базисах. В частности, синтезирован диа-
гональный тензор импеданса ЦМП, обеспечивающий противофазность полей рассеяния
волн ТЕ, ТМ поляризаций, а также двух согласно поляризованных рассеянных волн круговых
поляризаций. Решена задача синтеза тензора импеданса ЦМП по заданному нулевому следу
диагональной матрицы рассеяния с самоадаптивным (к частоте облучения) гашением волн
любых поляризаций в низкочастотной области. Показано, что гашение эффективной пло-
щади рассеяния ЦМП в обратном направлении составляет от 60 до 10 дБ в сверхшироком
диапазоне значений электрического радиуса ka от 0,02 до 0,4. Рассчитаны характеристики рассеяния двух моделей маскировочных покрытий. Показано, что реактансная ЦМП на
основе метачастиц в виде прямоугольных полосков снижает ЭПР на 10 дБ в низкочастот-
ной полосе 200–520 МГц при падении волны ТМ поляризации и на 5 дБ в полосе 480–720 МГц
в случае падения волны ТЕ поляризации.
Литература
Vol. 7, No. 6, pp. 989-1011.
2. Ataloglou V.G., Chen M., Kim M. and Eleftheriades G.V. Microwave Huygens’ Metasurfaces:
Fundamentals and Applications, in IEEE Journal of Microwaves, Jan. 2021, Vol. 1, No. 1,
pp. 374-388.
3. Zhang X.G., Sun Y.L. and Jiang W.X. Decoupling Control of Orthogonally-Polarized Waves
Via Dual-Programmable Metasurfaces, 2021 Cross Strait Radio Science and Wireless Technology
Conference (CSRSWTC), Shenzhen, China, 2021, pp. 98-99.
4. Dugan J., Rahmeier J G.N., Smy T.J. and Gupta S. Field Scattering Analysis of Cylindrical
Spatially Dispersive Metasurfaces, in IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters, 2023.
5. Han S. Manipulation of Evanescent Wave Coupling in High-Q Terahertz All-Dielectric
Metasurfaces, in IEEE Photonics Journal, Oct. 2023, Vol. 15, No. 5, pp. 1-5.
6. Кlimov А.V. and Semenikhin A.I. Mоdeli shirokopolosnykh otragatelnykh polarizatorov s
ispolzovaniem metamaterialov [Models of broadband reflective polarizers using
metamaterials], Izvestiya YuFU. Tekhnicheskie nauki [Izvestiya SFedU. Engineering Sciences],
2013, No. 11, pp. 151-156.
7. Qi Y., Zhang B., Liu C. and Deng X. Ultra-broadband polarization conversion meta-surface
and its application in polarization converter and RCS reduction, in IEEE Access, 2020, Vol. 8,
pp. 116675-116684.
8. Yuan F., Xu H., Jia X., Wang G. and Fu Y. RCS reduction based on concave/convexchessboard
random parabolic-phased metasurface, IEEE Trans. on Antennas and Propagat,
March 2020, Vol. 68, No. 3, pp. 2463-2468.
9. Masaki T., Ishii Y., Michishita N., Morishita H. and Hada H. Bistatic RCS reduction characteristics
of flat and curved metasurfaces, 2017 International Symposium on Antennas and Propagation
(ISAP), Phuket, Thailand, 2017, pp. 1-2.
10. Tcvetkova S.N., Martini E., Tretyakov S.A. and Maci S. Perfect conversion of a tm surface
wave into a tm leaky wave by an isotropic periodic metasurface printed on a grounded dielectric
slab, in IEEE Transactions on Antennas and Propagation, Aug. 2020, Vol. 68, NO. 8,
pp. 6145-6153.
11. Modi A.Y., Balanis C.A., Birtcher C.R. and Shaman H. Novel design of ultrabroadband radar
cross section reduction surfaces using artificial magnetic conductors, IEEE Trans. Antennas
Propag., Oct. 2017, Vol. 65, No. 10, pp. 5406-5417.
12. Gao L.H., Xiang N., Zhao J., Dong D.S., Wang K. and Cheng Q. A low RCS metasurface for
THz applications, Proceedings of 2014 3rd Asia-Pacific Conference on Antennas and Propagation,
Harbin, China, 2014, pp. 1279-1281.
13. Lin B.Q., Huang W.Z., Yang Y.S., Lv L.T., Guo J.X. and Wang Y.W. Ultra-wideband and polarization-
independent RCS reduction based on polarization conversion metasurface, Radio Science,
2022, 57.
14. Semenikhin A.I. and Semenikhina D.V. Cylindrical Anisotropic Metasurfaces with Pancharatnam-
Berry Phase Bigradient Helical Coding and Anomalous Scattering, 2022 IEEE 8th All-Russian
Microwave Conference (RMC), Moscow, Russian Federation, 2022, pp. 337-340.
15. Yang L.-J., Sun S. and Sha W.E.I. Ultrawideband reflection-type metasurface for generating
integer and fractional orbital angular momentum, in IEEE Trans. on Antennas and Propag.,
March 2020, Vol. 68, No. 3, pp. 2166-2175.
16. Jiang L., Yu S. and Kou N. Asymmetric Transmission of OAM Vortex Waves by Cylindrical
Janus Metasurface, in IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters, 2023.
17. Meng Z.K. and Shi Y. Antenna array design with self-adaptive in-band radar cross section reduction
and beam scanning, in IEEE Trans. on Antennas and Propag., Feb. 2023, Vol. 71,
No. 2, pp. 1820-1831.
18. Soric J.C., Alù A., Kerkhoff A. and Rainwater D. Experimental demonstration of a conformal
mantle cloak for radio-waves, Proceedings of the 2012 IEEE International Symposium on Antennas
and Propagation, Chicago, IL, USA, 2012, pp. 1-2.
19. Tay C.Y. and Chen Z.N. Azimuthally inhomogeneous metasurface cloak for cylindrical objects,
in IEEE Transactions on Antennas and Propagation, Jan. 2021, Vol. 69, No. 1, pp. 254-262.
20. Tay C.Y., Chen Z.N. and Hee D. Single-layer dual-band microwave metasurface cloak of conducting
cylinder, IEEE Trans. Antennas Propag., June 2019, Vol. 67, No. 6, pp. 4286-4290.
21. Monti A., Soric J.C., Alù A., Toscano A. and Bilotti F . Anisotropic mantle cloaks for tm
and te scattering reduction, in IEEE Trans. Antennas Propag., April 2015, Vol. 63, No. 4,
pp. 1775-1788.
22. Vellucci S., Monti A., Toscano A. and Bilotti F. Scattering manipulation and camouflage of
electrically small objects through metasurfaces, Phys. Rev. Appl., Mar. 2017, Vol. 7, No. 3,
p. 034032.
23. Abramowitz M. and Stegun I.A. Handbook of mathematical functions. Washington, DC: U.S.
Government Printing Office, 1046, 1972, pp. 358-374.
