Skip to main content
SUPERVISOR
Zaker hossein Firoozeh,Abolghasem Zeidaabadi Nezhad
ذاکرحسین فیروزه (استاد راهنما) ابوالقاسم زیدابادی نژاد (استاد مشاور)
 
STUDENT
Ali Ramezani varkani
علی رمضانی ورکانی

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی برق و کامپیوتر
DEGREE
Doctor of Philosophy (PhD)
YEAR
1391
The aim of this thesis is to reduce the radar cross-section (RCS) for a wide bandwidth with high angular stability using an artificial magnetic conductor (AMC). Meta-surfaces are formed through the combination of two artificial magnetic conductor (AMC) cells arranged in periodic and randomized fashions in order to suppress the scattered fields in low levels in all directions as well as minimizing the maximum RCS of the metallic surface. The bandwidth limitations for a large range of incident angles are resolved by properly selecting of both AMC structures which are less sensitive to incident angles. By appropriate design of each AMC, and using equivalent circuit method, the reflection coefficients of these surfaces are designed in a way to reach 180 (±37 ? ) phase difference over a wide range of frequencies and incident angles. The bandwidth for 10dB mono-static RCS reduction is about 53% for both periodic and randomized structures at the normal incidence. It is illustrated that the randomized arrangement structure has 3dB lower maximum bi-static RCS compared to the periodic structure and the fractional bandwidth of 53% is reachable for bi-static RCS reduction larger than 10dB. Key Words Radar cross section, Frequency selective surface, Artificial magnetic conductor, Equivalent circuit model.
هدف این رساله، کاهش سطح مقطع راداری RCS، دریک پهنای باند وسیع با پایداری زاویه‌ای بالا با استفاده از رسانای مغناطیسی مصنوعی AMC، می‌باشد. ابتدا ساختارهای انتخابگر فرکانس FSS، مختلف که قابلیت AMC دارند و دارای پایداری زاویه‌ای و پهنای باند خوبی هستند را بررسی کرده‌ایم و برای هر یک از آن‌ها یک مدار معادل تقریبی جهت طراحی اولیه آن‌ها، استخراج نموده‌ایم. ساختارهای FSS، بر اساس مدار معادل تقریبی طراحی شده‌اند، سپس شبیه‌سازی تمام موج با استفاده از نرم افزار مایکروویوی CST انجام ‌شده و در صورت نیاز بهینه‌سازی جهت رسیدن به مشخصات مورد نظر انجام گرفته است. با قرار دادن صفحه زمین در پشت این ساختارهای FSS، رسانای مغناطیسی مصنوعی AMC، طراحی شده است. چنین ساختاری امواج تابشی را در یک محدوده فرکانسی هم‌فاز برگشت می‌دهد. یکی از روش‌های مفید برای درک رفتار سطوح AMC، این است که یک قیاس مناسب بین عناصر فشرده و این سطوح داشته باشیم. زمانی که دوره تناوب سلول واحد AMC در مقایسه با طول موج مورد علاقه کوچک باشد، ویژگی‌های AMC را می‌توان با استفاده از یک مدل امپدانس سطحی مؤثر توصیف نمود. امپدانس سطحی نقش مهمی در تعیین فرکانس تشدید و فاز ضریب انعکاس ساختارهای AMC دارد. امپدانس سطحی AMC را به صورت اتصال موازی امپدانس ساختار FSS و امپدانس سطحی زیرنهشت عایق زمین‌شده Z d در نظر می‌گیریم. بنابراین برای ساختارهای AMC اگر امپدانس ساختار FSS که AMC از آن ساخته شده را داشته باشیم می‌توانیم امپدانس سطحی را بدست آوریم. با داشتن امپدانس سطحی، ضریب انعکاس را محاسبه می‌‌نماییم. از آنجایی که ساختار FSS با عنصر وصله دایره‌ای نسبت به سایر ساختارهای FSS حساسیت کمتری به قطبش و زاویه تابش دارد. دو AMC با وصله دایره‌ای با ابعاد مختلف جهت داشتن فرکانس تشدید مختلف، انتخاب شدند. با استفاده از مدار معادل پیشنهادی، شعاع این وصله‌ها را به نحوی انتخاب کرده‌ایم که اختلاف فاز بین دو AMC در بازه فرکانسی نسبتا بزرگ 66/? تا 42/13 گیگاهرتز، ? 37± ? 180 است که می‌تواند باعث پهن‌باند شدن این ساختار گردد. بعد از انتخاب رساناهای مغناطیسی مصنوعی، یک سطح شطرنجی شکل با ترکیب سلول‌های AMC1 و AMC2 در آرایش تناوبی در نظر می‌گیریم. این ساختار شطرنجی‌شکل، با استفاده از نرم‌افزار تمام‌موج CST شبیه‌سازی شده و سطح مقطع راداری تک‌پایه آن برای تابش عمودی با یک ساختار رسانای الکتریکی کامل مقایسه شده است. کاهش RCS بیش از 25 دسیبل در فرکانس 6/11 گیگاهرتز حاصل شده است. همچنین حداقل کاهش RCS ، ?? دسیبل از فرکانس‌ 1/7 تا 14 گیگاهرتز یعنی پهنای باند حدود 65? برای تابش عمودی حاصل شده است. در حالت دو‌پایه سطح مقطع راداری 6 دسیبل کاهش می‌یابد که چندان مطلوب نیست. از طرف دیگر وقتی ابعاد ساختار افزایش می‌یابد، منحنی کاهش RCS برای آرایش متناوب حوالی فرکانس تشدید رساناهای مغناطیسی مصنوعی بیشتر شده ولی بین فرکانس تشدید دو AMC کاهش RCS چندان مطلوب نیست و پهن‌باند بودن از بین رفته و یک کاهش RCS دو باندی تشکیل می‌شود. برای غلبه بر این مشکلات در این‌جا، یک روش جدید را پیشنهاد داده‌ایم که به جای آرایش متناوب از آرایش تصادفی استفاده می‌کنیم یعنی بعد از تشکیل دادن سلول رساناهای مغناطیسی مصنوعی، چینش آن‌ها در ساختار به صورت تصادفی انجام می‌گیرد که این کار باعث می‌شود که میدان در جهت‌های مختلفی پراکنده گردد و نشان می‌دهیم این روش باعث کاهش چشمگیر سطح مقطع راداری در حالت دو‌پایه می‌گردد و علاوه بر این با بزرگ شدن ساختار، حالت پهن‌باند بودن حفظ می‌گردد. همچنین با افزایش زاویه تابش پهنای باند تقریبا ثابت مانده و مقدار کمی به سمت راست جابه‌جا می‌شود به طوری که می‌توان گفت این ساختار تا زاویه ? 40 پایداری زاویه‌ای خوبی دارد. سپس بهینه‌سازی با استفاده از روش بهینه‌‌سازی ازدحام ذرات PSO، جهت پیدا کردن ساختار بهینه در بین ساختارهای تصادفی انجام شده است. در نهایت برای اعتبارسنجی شبیه‌سازی‌های انجام شده، دو ساختار با آرایش متناوب و تصادفی با استفاده از روش لیتوگرافی نوری ساخته شده‌اند و RCS آن‌ها اندازه‌گیری شده است. نتایج شبیه‌سازی و اندازه‌گیری RCS با هم تطابق خوبی دارند. واژگان کلیدی : سطح مقطع راداری-سطوح انتخابگر فرکانس- رسانای مغناطیسی مصنوعی- مدار معادل

ارتقاء امنیت وب با وف بومی