1.3. CƠ SỞ LÝ THUYẾT CHẾ TẠO VẬT LIỆU HẤP THỤ SÓNG ĐIỆN TỪ
1.3.1. Nguyên lý hoạt động của đài radar và sự phản xạ sóng điện từ trên bề
EM
B
Nền KL
Hình 1.7: Kết cấu đa lớp dạng chóp nón trên bề mặt A - Lớp chất tổn hao điện môi hấp thụ dạng xốp A - Lớp chất tổn hao điện môi hấp thụ dạng xốp B - Lớp chất tổn hao từ
Quá trình truyền sóng và phản xạ EW của radar được mơ tả trong hình 1.8. Bức xạ EW được truyền đi từ đài đập vào bề mặt kim loại phản hồi quay trở lại đài radar, sóng phản hồi có thể là sóng phản xạ hoặc tia nhiễu xạ.
Hình 1.8: Q trình truyền (a) và phản xạ (b) sóng radar
Khi tia phát xạ đập vào bề mặt vật liệu sẽ có hiện tượng phản xạ sóng trên bề mặt vật liệu. Năng lượng của tia phản xạ phụ thuộc chủ yếu vào diện tích phản xạ hiệu dụng, tức là phụ thuộc vào hình dạng và góc tới của bề mặt phản xạ. Góc phản xạ hiệu dụng đạt giá trị cực đại khi bề mặt phản xạ là mặt phẳng (hình 1.9). Quá trình phản xạ quay trở lại vị trí ban đầu của các bức xạ điện từ ít nhất phải qua 2 lần phản xạ. Q trình truyền sóng trong khơng gian sẽ làm tổn hao năng lượng, tia bức xạ EW trở về đài radar phải có cường độ xác định để đài radar có thể nhận biết và cường độ bức xạ điện từ quay trở lại phụ thuộc vào diện tích phản xạ hiệu dụng. Giá trị năng lượng tối thiểu của bức xạ điện từ quay trở lại để radar nhận biết là thông số độ nhậy của đài. Ngày nay, kỹ thuật số đã được ứng dụng chế tạo các đài radar có độ nhậy caonhưng giới hạn phát hiện của radar với mục tiêu có diện tích phản xạ hiệu dụng là >1m2
.
a Sóng radar truyền trong khơng gian
Một hiện tượng khác xảy ra khi bức xạ EW đập vào bề mặt kim loại sẽ tạo ra sóng lan truyền trên bề mặt kim loại và được phát xạ quay lại tại đường biên của kim loại. Đây là hiện tượng nhiễu xạ sóng. Q trình nhiễu xạ sóng xảy ra trên bề mặt kim loại có đường biên khơng liên tục. Bề mặt kim loại là vật liệu dẫn điện tốt, quá trình lan truyền EW trên bề mặt kim loại tuân theo phương trình Maxwell. Theo Maxwell, tổng vecto điện trường sẽ vng góc với bề mặt kim loại và đạt giá trị cực đại tại khoảng cách /4 tính từ bề mặt phản xạ và tổng các vectơ từ trường đạt giá trị cực đại trên bề mặt kim loại.
Vector điện trường trên bề mặt kim loại
Vector điện trườngvng góc bề mặt kim loại đạt giá trị cực đại
Vector điện điện trường song song bề mặt kim loại bằng 0, E=0
Sự phân cực bề mặt vật liệu dưới tác động của điện trường
Hình 1.9: Góc phản xạ và sự phản xạ EM trên bề mặt vật liệu Hiện tượng phản xạ Hiện tượng phản xạ
Hình 1.10: Điện, từ trường của sóng điện từ tác động trên bề mặt kim loại Quá trình lan truyền EW trên bề mặt làm phân cực vật liệu. Điểm bị phân cực mạnh nhất là tại các bờ cạnh của vật liệu (ví dụ cánh máy bay, hình 1.11, 1.12) và tại tại ví trí này phát ra các tia bức xạ - tia nhiễu xạ. Tuy nhiên, phương trình Maxwell chỉ áp dụng cho trường hợp sóng ngang. Fresnel đã chứng minh rằng, giữa điện trường và từ trường của EW ln có sự tương hỗ. Trong phần từ trường ln có một phần điện trường và trong phần điện trường ln có một phần từ trường. Tác dụng của điện, từ trường EW làm vật liệu bị phân cực, monen phân cực tổng của nó vng góc với bề mặt vật liệu .
Hình 1.11: Hiện tượng phân cực của vật liệu dưới tác dụng của điện trường Quá trình nhiễu xạ diễn ra song song với quá trình phản xạ và theo nhiều hướng và góc của tia tới bằng góc của tia nhiễu xạ tại các bờ cạnh vật liệu (hình 1.12). Các tia nhiễu xạ được phát ra tại các đường biên vật liệu
Vecto điện trường E=0
Vector từ trường (H) song song bề mặt kim loại, H=max Vector từ trường vng góc bề mặt
kim loại có giá trị H=0
Vector từ trường (H) trên bề mặt kim loại.
(cạnh cánh máy bay) theo nhiều hướng khác nhau và góc tia nhiễu xạ bằng góc tia tới.
Hình 1.12: Góc phát xạ của tia nhiễu xạ tại bờ cạnh vật liệu
Các nghiên cứu đã khẳng định, năng lượng sóng phản xạ về đài radar chủ yếu là do những tia nhiễu xạ.