ЧИСЛЕННЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ НЕЛИНЕЙНОЙ МЕТАПОВЕРХНОСТИ КЛИНОВИДНОЙ ФОРМЫ ДЛЯ РАЗРАБОТКИ РЕКОМЕНДАЦИЙ ПО УПРАВЛЕНИЮ ОТРАЖЕННЫМ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫМ ПОЛЕМ КРЫЛА ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТА
Аннотация
Целью исследования является оценка эффективности применения нелинейной метаповерх-
ности на объекте клиновидной формы для управления отраженным от него электромагнитным
полем. В исследовании нелинейная метаповерхность представляет собой двумерный упорядочен-
ный массив, элементы которого, взаимодействуя с электромагнитным полем падающей волны,
способны управлять амплитудой и фазой прошедшей и отраженной волн, позволяя таким образом
управлять волновым фронтом. Задачей исследования является поиск и проверка метода анализа
клиновидных структур с нелинейными нагрузками различной конфигурации. При решении задачи
исследования, рассматривается модель задней кромки крыла летательного аппарата с продоль-
ными нелинейными нагрузками на обеих гранях. Исследуемые нелинейные элементы моделируются
сосредоточенными нагрузками в зонах на поверхности задней кромки крыла летательного аппа-
рата. Подбором параметров сосредоточенных нагрузок задается вид их нелинейности. Описыва-
ется метод численного анализа модели, основанный на решении задачи рассеяния и задачи излуче-
ния электромагнитного поля. Представлена пошаговая последовательность действий от созда-
ния объемной модели задней кромки крыла летательного аппарата, до задания параметров рас-
чета и получения результатов. Приведены результаты моделирования задней кромки крыла ле-
тательного аппарата с различным числом нелинейных нагрузок, различным положением нагрузок
относительно друг друга и от кромки, различными параметрами сосредоточенных нагрузок. По-
лученные результаты электродинамического моделирования позволяют сделать выводы относи-
тельно параметров нагрузок, их количества и расположения. Были исследованы различные комби-
нации нагрузок, а именно две, три и четыре нелинейных нагрузки на каждой грани. Результаты
для идеально проводящего клина с двумя нагрузками, показали низкую эффективность в части
возможности увеличения уровней кратных гармоник относительно уровня основной в рассеянном
от структуры электромагнитном поле. Анализ клина c тремя нагрузками, показал возможность
увеличения уровней кратных гармоник на 13 дБ в секторе углов ±5°. Стабильное, в широкой полосе
частот, увеличение уровня кратных гармоник на 13-23 дБ в секторе углов ±80° достигается при
размещении на задней кромке крыла летательного аппарата четырех нагрузок.
Литература
vody [Broadband observable metasurface based on water]. St. Petersburg: Sankt-Peterburgskiy
gosudarstvennyy elektrotekhnicheskiy universitet «LETI».
2. Bergmair I., [at al.]. Single and multiplayer metamaterials fabricated by nanoimprint lithography,
Nanotechnology, 2011, 22, pp. 325301.
3. Watts C.M., [at al.]. Metamaterial, Electromagnetic Wave Absorbers, Advanced materials, 2012, Vol. 24.
4. Wen Q.-Y., [at al.]. Perfect Metamaterial Absorbers in Microwave and Teraherbz Bands,
Metamaterial, 2012.
5. Eastman A., Horle L. The Generation of Spurious Signal by Nonlinearity of the Transmission Path,
Proc. IRE, 1940, Vol. 28, pp. 438.
6. Shteynshlenger V.B., Misezhnikov G.S. Issledovanie effekta nelineynogo rasseyaniya radiovoln
metallicheskimi ob"ektami [Study of the effect of nonlinear scattering of radio waves by metal objects],
Radiotekhnika i elektronika [Radio engineering and electronics], 1984, Vol. 39, Issue 6,
pp. 902-906.
7. Velichko D.V., Rubanov V.G. Poluprovodnikovye pribory i ustroystva: ucheb. posobie [Semiconductor
devices and devices: textbook]. Belgorod: Politerra, 2006, 184 p.
8. Oleksandr Malyuskin and Vincent Fusco. Combined Frequency-Time Domain Analysis of FSS with
Nonlinear Loads Using Volterra Integral Equations, ECIT Institute, Queens University of Belfast
Queens Rd, Queens Island, Belfast BT3 9DT, N. Ireland.
9. Liao D. Scattering and Imaging of Nonlinearly Loaded Antenna Structures in Half-Space Environments,
IEEE Transactions on Antennas and Propagation, 2014, 62 (8), pp. 4230-4240. DOI:
10.1109/tap.2014.2322875.
10. Chien-Chang Huang, & Tah-Hsiung Chu. Analysis of wire scatterers with nonlinear or time-harmonic
loads in the frequency domain, IEEE Transactions on Antennas and Propagation, 1993, 41 (1),
pp. 25-30. DOI: 10.1109/8.210111.
11. Zhu Z.-W.*, Chen H.-Y., Zhang H.-B., Zhou P.-H., Deng L.-J., and Xie J.-L. Patterned resistive strip
loading for edge scattering suppression of a finite wedge, Progress in Electromagnetics Research M,
2012, Vol. 25, pp. 27-38.
12. Jacques Periaux, Mourad Sefrioui, Bertrand Mantel. RCS multi-objective optimization of scattered
waves by active control elements using Gas, Dassault Aviation. 78 Quai Marcel Dassault, 92214
SaintCloud, France.
13. Knott E.F. Suppression of edge scattering with impedance strings, IEEE Transactions on Antennas
and Propagation, 1997, 45 (12), pp. 1768-1773. DOI: 10.1109/8.650194.
14. Semenikhina D.V., Yukhanov Yu.V., Privalova T.Yu. Teoreticheskie osnovy radioelektronnoy bor'by:
ucheb. posobie [Theoretical foundations of electronic warfare. learning materials]. Taganrog, 2009,
266 p.
15. Gevorkyan A.V. Gashenie poley rasseyaniya ob"ektov sistemoy antenn Vival'di: dis. … kand. tekhn.
nauk [Damping of scattering fields of objects by Vivaldi antenna system: cand. of eng. sc. diss.]:
05.12.07. Taganrog, 2016, 226 p.
16. Semenikhina D.V. Analiz effekta nelineynogo rasseyaniya elektromagnitnykh voln [Analysis of the
effect of non-linear scattering of electromagnetic waves], Elektrodinamika i tekhnika SVCh i KVCh
[Electrodynamics and technology VHF and EHF], 1998, Vol. 6, No. 1-2 (21), pp. 119-126.
17. Sievenpiper D.F. Nonlinear Grounded Metasurfaces for Suppression of High-Power Pulsed RF Currents,
IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters, 2011, 10, pp. 1516-1519. DOI:
10.1109/lawp.2011.2182593.
18. Zhu Z-W, Chen H-Y, Zhang H-B, Zhou P-H, Deng L-J, Xie J-L. Patterned resistive strip loading for
edge scattering suppression of a finite wedge, Prog. Electromagn. Res. M, 2012, 25, pp. 27-38.
19. Tsikhosh E. Sverkhzvukovye samolety: Spravochnoe rukovodstvo [Supersonic Aircraft: Reference
Manual]: transl. from polish. Moscow: Mir, 1983, 432 p.
20. Markov G.T., Chaplin A.F. Vozbuzhdenie elektromagnitnykh voln [Excitation of electromagnetic
waves]. Moscow: Izd-vo Radio i svyaz', 1983, 296 p.
21. Baskakov S.I. Radiotekhnicheskie tsepi i signaly [Radio engineering circuits and signals]. Moscow:
Izd-vo «Vysshaya shkola», 2000, 459 p.
