RU178702U1 - Fractron Fractal Reflective Screen - Google Patents

Fractron Fractal Reflective Screen Download PDF

Info

Publication number
RU178702U1
RU178702U1 RU2017119689U RU2017119689U RU178702U1 RU 178702 U1 RU178702 U1 RU 178702U1 RU 2017119689 U RU2017119689 U RU 2017119689U RU 2017119689 U RU2017119689 U RU 2017119689U RU 178702 U1 RU178702 U1 RU 178702U1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
fractal
composite
lattice
reflective
reflective screen
Prior art date
Application number
RU2017119689U
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Сергей Алексеевич Корчагин
Денис Владимирович Терин
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А." (СГТУ имени Гагарина Ю.А.)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А." (СГТУ имени Гагарина Ю.А.) filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А." (СГТУ имени Гагарина Ю.А.)
Priority to RU2017119689U priority Critical patent/RU178702U1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU178702U1 publication Critical patent/RU178702U1/en

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01QANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q15/00Devices for reflection, refraction, diffraction or polarisation of waves radiated from an antenna, e.g. quasi-optical devices
    • H01Q15/14Reflecting surfaces; Equivalent structures

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Aerials With Secondary Devices (AREA)

Abstract

Полезная модель относится к области радиотехники, а более конкретно - к отражающим экранам для пассивных радиолокационных отражателей и рефлекторов. Элементы решетки отражающего экрана фрактальной структуры имеют иерархическую морфологию, демонстрирующую на разных масштабах свойства самоподобия и потому рассматриваемый, как фрактальное образование, включает в себя чередующиеся слои с различными электрическими характеристиками. Первый слой содержит полупроводниковый материал. Следующим слоем является материал, представляющий из себя иерархически построенный композит, включающий в себя так же слоистую структуру, состоящую из полупроводника и иерархически построенного композита, структура которого подобна целому объекту. Минимальный размер слоя композита фрактальной структуры составляет радиус Ван-дер-Ваальса химического элемента, из которого состоит композит. Общеизвестно, что при воздействии электромагнитного излучения на наноструктуры происходят изменения электрофизических свойств материала. Фрактальная структура композита позволяет получить уникальные электрические характеристики, которые затруднительно получить при традиционных способах формирования материала. Фрактальная структура элементов отражающего экрана позволяет увеличить рабочий диапазон частот в среднем на 5 ГГц, по сравнению с известными отражающими экранами с решеткой традиционной структуры. Изменяя уровень фрактальности, появляется возможность управлять максимумами коэффициента отражения. 3 ил.The utility model relates to the field of radio engineering, and more specifically to reflective screens for passive radar reflectors and reflectors. The lattice elements of the reflective screen of the fractal structure have a hierarchical morphology, which demonstrates the properties of self-similarity on different scales and therefore considered as a fractal formation, includes alternating layers with different electrical characteristics. The first layer contains a semiconductor material. The next layer is the material, which is a hierarchically constructed composite, which also includes a layered structure consisting of a semiconductor and a hierarchically constructed composite, the structure of which is similar to the whole object. The minimum size of the fractal structure composite layer is the radius of the van der Waals chemical element of which the composite is composed. It is well known that when exposed to electromagnetic radiation on nanostructures, changes in the electrophysical properties of the material occur. The fractal structure of the composite allows to obtain unique electrical characteristics, which are difficult to obtain with traditional methods of forming the material. The fractal structure of the elements of the reflective screen allows you to increase the operating frequency range by an average of 5 GHz, compared with the known reflective screens with a grid of a traditional structure. By changing the level of fractality, it becomes possible to control the maxima of the reflection coefficient. 3 ill.

Description

Полезная модель относится к области радиотехники, а более конкретно - к отражающим экранам для пассивных радиолокационных отражателей и рефлекторов, и может быть использована в качестве элемента инновационных конструкций антенн, устройств широкополосной и нелинейной радиолокации, средств локализации и мобильных объектов, селективных и поглощающих материалов, а также интеллектуальных приложений в области защиты информации.The utility model relates to the field of radio engineering, and more specifically to reflective screens for passive radar reflectors and reflectors, and can be used as an element of innovative antenna designs, broadband and nonlinear radar devices, localization tools and mobile objects, selective and absorbing materials, and also intelligent applications in the field of information security.

Известен отражающий экран для зеркальных антенн, выполненный в виде параболоида вращения из сплошного металла (см., например, а.с. СССР №1646017 по классу H01Q 15/16, опуб. 30.04.1991 г.).Known reflective screen for mirror antennas, made in the form of a paraboloid of revolution of solid metal (see, for example, AS USSR No. 1646017 in class H01Q 15/16, publ. 04/30/1991).

Известен отражающий экран, выполненный в виде пластины из сплошного металла (см., например, а.с. СССР №1332422, по кл. МПК H01Q 15/18, опуб. 23.02.1991 г.). Такой экран используется в пассивных радиолокационных уголковых отражателях и уголковых антеннах.Known reflective screen made in the form of a plate of solid metal (see, for example, AS USSR No. 1332422, according to class IPC H01Q 15/18, publ. 23.02.1991). Such a screen is used in passive radar corner reflectors and corner antennas.

Общим недостатком этих отражающих экранов является большая масса, так как они выполнены из сплошного металла. Кроме того, они обладают большим аэродинамическим сопротивлением.A common disadvantage of these reflective screens is the large mass, as they are made of solid metal. In addition, they have great aerodynamic drag.

Данные недостатки не обнаружены в отражающих экранах, сделанных в виде одной тонкой проводящей перфорированной пластины (см., например, Айзенберг Г.З. Ямпольский В.Г., Терешин О.Н., Антенны УКВ. Часть 2 - М.: «Связь». - 1977. - С. 154), либо в виде системы параллельных тонких металлических пластин, плоскости которых параллельны направлению распространения волны и перпендикулярны вектору электрического поля (см. а.с. №1732800 по кл. МПК H01Q 15/14). Пластины расположены на расстоянии друг от друга, меньшем половины длины волны рабочего частотного диапазона.These shortcomings were not found in reflective screens made in the form of one thin conductive perforated plate (see, for example, Aizenberg G.Z. Yampolsky V.G., Tereshin ON, Antennas for VHF. Part 2 - M .: “Communication ". - 1977. - S. 154), or in the form of a system of parallel thin metal plates whose planes are parallel to the direction of wave propagation and perpendicular to the electric field vector (see AS No. 1732800 according to class IPC H01Q 15/14). The plates are located at a distance from each other less than half the wavelength of the working frequency range.

Недостатком этих экранов является просачивание через них части мощности электромагнитной волны.The disadvantage of these screens is that part of the power of the electromagnetic wave seeps through them.

Наиболее близким к заявляемому является отражающий экран, содержащий решетку из металлических проводников (см. патент РФ №RU 32323 Ul H01Q 15/14 опубл. 10.09.2003; Биленко Д.И., Лодгауз В.А., Терин Д.В.) При соответствующем выборе параметров решетки - диаметра проводников и ее периода относительно длины волны излучения - устройство отражает большую часть мощности электромагнитной волны. Масса такого экрана на несколько порядков ниже массы экрана, выполненного из сплошного металла. Аэродинамическое сопротивление также снижено по сравнению с сопротивлением экрана из сплошного металла.Closest to the claimed is a reflective screen containing a lattice of metal conductors (see RF patent No.RU 32323 Ul H01Q 15/14 publ. 09/10/2003; Bilenko D.I., Lodgauz V.A., Terin D.V.) With an appropriate choice of lattice parameters — the diameter of the conductors and its period relative to the radiation wavelength — the device reflects a large part of the electromagnetic wave power. The mass of such a screen is several orders of magnitude lower than the mass of a screen made of solid metal. Aerodynamic drag is also reduced compared to the drag of a solid metal screen.

Недостатком данного экрана является увеличивающееся с частотой излучения просачивание через него части мощности, что снижает его коэффициент отражения. При использовании его в качестве рефлектора зеркальных антенн снижается КПД и искажается диаграмма направленности антенн. Отсутствует возможность управления максимумами отражения за счет изменения толщины элементов решетки.The disadvantage of this screen is the increase in the leakage through it of part of the power, which reduces its reflection coefficient. When used as a reflector of mirror antennas, the efficiency is reduced and the antenna pattern is distorted. There is no way to control the reflection maxima by changing the thickness of the lattice elements.

Задачей настоящей полезной модели является повышение коэффициента отражения в широком частотном диапазоне и разработка возможности управления максимумами отражения за счет изменения геометрических характеристик, а также увеличение КПД.The objective of this utility model is to increase the reflection coefficient in a wide frequency range and to develop the ability to control the reflection maximums by changing geometric characteristics, as well as increasing the efficiency.

Технический результат достигается за счет изменения конструкции решетки, каждый элемент решетки представляет из себя многослойный иерархически построенный композит, состоящий из металла и полупроводника, имеющий самоподобную структуру и рассматриваемый, как фрактальное образование, а также за счет повышения коэффициента отражения в широком частотном диапазоне и разработки возможности управления максимумами отражения за счет изменения геометрических характеристик.The technical result is achieved by changing the design of the lattice, each element of the lattice is a multilayer hierarchically built composite consisting of metal and a semiconductor, having a self-similar structure and considered as a fractal formation, as well as by increasing the reflection coefficient in a wide frequency range and developing features control of reflection maxima due to changes in geometric characteristics.

При этом элемент решетки отражающего экрана, включающий в себя чередующиеся слои (металл/ полупроводник) с различными электрическими характеристиками, отличается в первую очередь тем, что имеет иерархическую морфологию, демонстрирующую на разных масштабах свойства самоподобия, минимальный ширина элемента слоя композита фрактальной структуры может достигать размера равного радиусу Ван-дер-Ваальса химического элемента, из которого состоит композит.In this case, the lattice element of the reflecting screen, which includes alternating layers (metal / semiconductor) with different electrical characteristics, is primarily distinguished by the fact that it has a hierarchical morphology that demonstrates self-similarity properties at different scales, the minimum width of the element of the fractal structure composite layer can reach a size equal to the radius of van der Waals chemical element of which the composite consists.

Период решеток, расстояние между решетками, длину и ширину элемента решетки выбирают из условия:The period of the gratings, the distance between the gratings, the length and width of the grating element is selected from the condition:

Figure 00000001
Figure 00000001

где b - период решетки; n, m, р - длина, ширина и высота элемента решетки, d - расстояние между элементами решетки, fmax - максимальная частота рабочего частотного диапазона экрана, с - скорость света в вакууме.where b is the lattice period; n, m, p is the length, width and height of the lattice element, d is the distance between the lattice elements, f max is the maximum frequency of the working frequency range of the screen, and s is the speed of light in vacuum.

Экран при использовании его в уголковых радиолокационных отражателях и в уголковых антеннах выполнен на основе решеток, аналогичных друг другу.The screen when used in corner radar reflectors and in corner antennas is made on the basis of gratings similar to each other.

Сущность полезной модели поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлен отражающий экран для уголковых радиолокационных отражателей и уголковых антенн, на фиг. 2 - элемент решетки отражающего экрана фрактальной структуры, фиг. 3 - частотная зависимость показателя преломления при различном уровне фрактальности элемента решетки.The essence of the utility model is illustrated by drawings, where in FIG. 1 shows a reflective screen for corner radar reflectors and corner antennas, FIG. 2 - a lattice element of a reflective screen of a fractal structure, FIG. 3 - frequency dependence of the refractive index at different levels of fractality of the lattice element.

Отражающий экран фрактальной структуры «Фракстон» выполнен в виде решетки. Элементы решетки отражающего экрана имеют слоистую иерархически построенную структуру, подобную фрактальному образованию, состоящему из металла и полупроводника.The reflecting screen of the fractal structure "Fraxton" is made in the form of a lattice. The lattice elements of a reflective screen have a layered hierarchically structured structure similar to a fractal formation consisting of metal and a semiconductor.

Общее число элементов решетки выбирают из условия:The total number of lattice elements is selected from the condition:

Figure 00000002
Figure 00000002

L - ширина решетки, F - фокус рефлектора.L is the width of the grating, F is the focus of the reflector.

Период решеток, расстояние между решетками, длину и ширину элемента решетки выбирают из условия:The period of the gratings, the distance between the gratings, the length and width of the grating element is selected from the condition:

Figure 00000003
Figure 00000003

где b - период решетки; n, m, р - длина, ширина и высота элемента решетки, d - расстояние между элементами решетки, fmax - максимальная частота рабочего частотного диапазона экрана, с - скорость света в вакууме.where b is the lattice period; n, m, p is the length, width and height of the lattice element, d is the distance between the lattice elements, f max is the maximum frequency of the working frequency range of the screen, and s is the speed of light in vacuum.

Расчет коэффициента отражения R экрана проводился следующим образом. Значения коэффициента отражения R для полубесконечной среды определяется из соотношения (см., например, М. Борн, Э. Вольф. Основы оптики. - М., Наука - 1970 г.):The reflection coefficient R of the screen was calculated as follows. The values of the reflection coefficient R for a semi-infinite medium is determined from the relation (see, for example, M. Born, E. Wolf. Fundamentals of optics. - M., Science - 1970):

Figure 00000004
Figure 00000004

где n и κ- показатели преломления и поглощения среды, соответственно.where n and κ are the refractive indices and absorption of the medium, respectively.

Входящие в выражение (1) показатели преломления и поглощения, как показал электродинамический расчет, удовлетворяют следующим соотношениям:The indices of refraction and absorption included in expression (1), as shown by the electrodynamic calculation, satisfy the following relationships:

Figure 00000005
Figure 00000005

Figure 00000006
Figure 00000006

На фиг. 3 показан график зависимости показателя отражения от частоты волны внешнего электромагнитного излучения и уровня фрактальности элемента решетки i (1-i=10, 2-i=6, 3-i=3), соответствующий следующим параметрам отражающего экрана:In FIG. Figure 3 shows a graph of the dependence of the reflection index on the wave frequency of external electromagnetic radiation and the level of fractality of the grating element i (1-i = 10, 2-i = 6, 3-i = 3), corresponding to the following parameters of the reflecting screen:

1-b=d=0.5 см; m=n=p=0.5 см;1-b = d = 0.5 cm; m = n = p = 0.5 cm;

2-b=d=0.5 см; m=n=p=0.045 см;2-b = d = 0.5 cm; m = n = p = 0.045 cm;

3-b=d=0.5 см; m=n=р=10-2 см;3-b = d = 0.5 cm; m = n = p = 10 -2 cm;

р=iΔp = iΔ

Предлагаемое устройство работает следующим образом. Излучение падает на отражающий экран. При параметрах, указанных выше коэффициент отражения при f≤fmax R≥0.99999. Как видно из фиг. 3 диапазон рабочих частот зависит от уровня фрактальности элемента решетки отражающего экрана. Фрактальная структура элементов отражающего экрана позволяет увеличить рабочий диапазон частот в среднем на 5 ГГц, по сравнению с известными отражающими экранами с решеткой традиционной структуры. Изменяя уровень фрактальности, появляется возможность управлять максимумами коэффициента отражения. Если предлагаемый отражающий экран выполнен с параметрами, описанными выше, то КПД такого отражающего экрана, по сравнению с отражающими экранами с решеткой традиционной структуры увеличивается на 5.5%.The proposed device operates as follows. The radiation falls on a reflective screen. With the parameters indicated above, the reflection coefficient at f≤f max R≥0.99999. As can be seen from FIG. 3, the operating frequency range depends on the level of fractality of the lattice element of the reflecting screen. The fractal structure of the elements of the reflective screen allows you to increase the operating frequency range by an average of 5 GHz, compared with the known reflective screens with a grid of a traditional structure. By changing the level of fractality, it becomes possible to control the maxima of the reflection coefficient. If the proposed reflective screen is made with the parameters described above, then the efficiency of such a reflective screen, compared to reflective screens with a grid of a traditional structure, increases by 5.5%.

Claims (3)

Отражающий экран фрактальной структуры, выполненный в виде решетки, отличающийся тем, что элементы решетки отражающего экрана имеют слоистую иерархически построенную структуру, подобную фрактальному образованию, состоящему из металла и полупроводника, период решеток, расстояние между решетками и ширину элемента регетки выбирают из условия:The reflective screen of the fractal structure made in the form of a lattice, characterized in that the lattice elements of the reflective screen have a layered hierarchically structured structure similar to a fractal formation consisting of metal and a semiconductor, the period of the gratings, the distance between the gratings and the width of the regatta element are selected from the condition:
Figure 00000007
Figure 00000007
где b - период решетки; n, m, р - длина, ширина и высота элемента решетки, d - расстояние между элементами решетки, ƒmax - максимальная частота рабочего частотного диапазона экрана, с - скорость света в вакууме.where b is the lattice period; n, m, p is the length, width and height of the lattice element, d is the distance between the lattice elements, ƒ max is the maximum frequency of the working frequency range of the screen, and s is the speed of light in vacuum.
RU2017119689U 2017-06-05 2017-06-05 Fractron Fractal Reflective Screen RU178702U1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017119689U RU178702U1 (en) 2017-06-05 2017-06-05 Fractron Fractal Reflective Screen

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017119689U RU178702U1 (en) 2017-06-05 2017-06-05 Fractron Fractal Reflective Screen

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU178702U1 true RU178702U1 (en) 2018-04-17

Family

ID=61974920

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2017119689U RU178702U1 (en) 2017-06-05 2017-06-05 Fractron Fractal Reflective Screen

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU178702U1 (en)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU32323U1 (en) * 2003-06-04 2003-09-10 Саратовский государственный университет им. Н.Г. Чернышевского REFLECTIVE SCREEN
RU2234176C2 (en) * 2002-08-07 2004-08-10 Общество с ограниченной ответственностью Научно-техническое внедренческое предприятие "Гироконт" Electromagnetic radiation shield and its manufacturing process
RU2458439C1 (en) * 2011-01-20 2012-08-10 Кирилл Константинович Клионовски Semitransparent screen for antenna of radio-navigation receiver
US9134465B1 (en) * 2012-11-03 2015-09-15 Fractal Antenna Systems, Inc. Deflective electromagnetic shielding

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2234176C2 (en) * 2002-08-07 2004-08-10 Общество с ограниченной ответственностью Научно-техническое внедренческое предприятие "Гироконт" Electromagnetic radiation shield and its manufacturing process
RU32323U1 (en) * 2003-06-04 2003-09-10 Саратовский государственный университет им. Н.Г. Чернышевского REFLECTIVE SCREEN
RU2458439C1 (en) * 2011-01-20 2012-08-10 Кирилл Константинович Клионовски Semitransparent screen for antenna of radio-navigation receiver
US9134465B1 (en) * 2012-11-03 2015-09-15 Fractal Antenna Systems, Inc. Deflective electromagnetic shielding

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Yuan et al. Wideband high-absorption electromagnetic absorber with chaos patterned surface
CN107565218A (en) UHF radar frequency spectrum shift method based on FSS reflection multilayer modulation panels
CN113036444A (en) Polarization-insensitive metamaterial dual-frequency terahertz absorber
RU178702U1 (en) Fractron Fractal Reflective Screen
CN114024144A (en) Multifunctional double-frequency coding super surface
Fang et al. Transparent structure consisting of metamaterial layers and matching layers
Jacobsen et al. Tunable water-based metasurface for anomalous wave reflection
CN102480060B (en) High-transmission antenna
CN115149270A (en) Broadband programmable amplitude-phase combined coding super surface
Danesh et al. Wide-incidence angle and polarisation insensitive transparent metasurface for 5g outdoor to indoor coverage enhancement
Chandrakapure et al. A Multi-State Reconfigurable Intelligent Surface Based on Anomalous Reflectors for Communication and Radar Applications
Das et al. Metasurface based polarization-insensitive reflection mode band-reject filters for 6G applications
De Pineda et al. Hexagonal symmetry metasurfaces for broadband antenna applications
Alexandrin Implementation of a radially inhomogeneous medium and construction of the aperture antennas on its basis
Pesarakloo et al. Wideband/Wide-angle Planar single-layer Retroreflector using Double Gradient Metasurfaces
Li et al. Introduction to Electromagnetic Metamaterials and Metasurfaces
Sun et al. 3D-printed Reflective Dielectric Coding Metamaterials for Terahertz Waves Manipulation
RU32323U1 (en) REFLECTIVE SCREEN
CN113745841B (en) Conformal electromagnetic stealth subsurface and design method thereof
CN116683188A (en) Ultra-thin flexible frequency coding super-surface and design method thereof
Chen et al. Artificial maxwell fisheye lens design and synthesis with using metasurface structure
RU2291453C1 (en) Method and device for reduction of effective surface of dissipation of aerials
Jacobsen et al. Bound States in the Continuum in Cylindrical Impedance Surface Cavities
Liang et al. Broadband High Gain Low-Profile Antenna Based on Metasurface of Cell Size Gradient
Zhang et al. Design of a 2-bit Angular-insensitive Coding Metasurface in Millimeter Band