Chương 4: TÍNH TOÁN MÔ PHỎNG VÀ CHẾ THỬ TẤM PHỦ ĐA LỚP HẤP THỤ SÓNG RADAR BĂNG X
4.5. Kết quả tính toán
Chương trình mô phỏng được viết trên nền Matlab, tiến hành tối ưu hóa bằng GA để tìm cực tiểu của hàm mục tiêu (4.22). Việc tối ưu hóa được thực hiện với dải tần số 8 - 12 GHz. Độ dày cực đại của mỗi một lớp cố định 2 mm, tổng số cá thể trong quần thể là 150.
Cơ sở dữ liệu gồm 21 loại vật liệu composite chứa các vật liệu từ nano và nano cácbon đã chế tạo được trình bày trong chương 2; mỗi loại vật liệu này có hệ số điện môi và độ từ thẩm tương ứng theo dạng bảng dữ liệu tương tự Bảng 3.1. Ứng với mỗi loại vật liệu có thể được lựa chọn cho mỗi lớp của tấm phủ có hệ số điện môi và độ từ thẩm phụ thuộc vào tần số.
4.5.1. Mô phỏng theo số lượng lớp
Trên Hình 4.8 trình bày sự phụ thuộc hệ số phản xạ R theo tần số với các tấm phủ có số lượng lớp khác nhau. Thông số tối ưu (loại vật liệu / độ dày (mm)) các lớp của từng tấm phủ như sau:
- Tấm phủ một lớp: lớp 1 (3/1.85)
- Tấm phủ hai lớp: lớp 1 (2/1.2), lớp 2 (15/0.52)
- Tấm phủ ba lớp: lớp 1 (3/1.3), lớp 2 (8/0.25), lớp 3 (14/1.2)
- Tấm phủ bốn lớp: lớp 1 (8/1.05), lớp 2 (6/0.2), lớp 3 (10/0.8), lớp 4 (18/0.95)
- Tấm phủ năm lớp: lớp 1 (5/0.42), lớp 2 (3/0.21), lớp 3 (8/1.05), lớp 4 (14/0.49), lớp 5 (20/1.2)
- Tấm phủ mười lớp: lớp 1 (3/0.82), lớp 2 (5/0.56), lớp 3 (9/1.02), lớp 4 (8/1.06), lớp 5 (12/0.45), lớp 6 (14/0.78), lớp 7 (16/0.5), lớp 8 (19/0.89), lớp 9 (21/1.24), lớp 10 (16/0.58)
Từ kết quả thấy rằng, khi số lớp của tấm phủ tăng lên thì hệ số phản xạ giảm. Với các tấm phủ có 1, 2, 3, 4 lớp giá trị của R tăng tuyến tính theo tần số. Tuy nhiên, đối với trường hợp tấm phủ có 5 hay 10 lớp, trên đồ thị xuất hiện các cực tiểu và các cực tiểu này có xu hướng dịch chuyển về phía tần số cao. Trong số các cấu hình đã xem xét thì tấm phủ 5 lớp là lựa chọn tối ưu bởi số lớp không quá lớn, cực tiểu của hệ số phản xạ rơi vào lân cận tần số 9.5 GHz. Tấm phủ 10 lớp có hệ số R đạt dưới -20dB hầu như trên toàn bộ dải tần, tuy nhiên trong điều kiện khảo sát thực nghiệm và điều kiện thực tế sản xuất sẽ gặp nhiều khó khăn hơn so với tấm phủ 5 lớp. Các kết quả mô phỏng tấm phủ là phù hợp với kết quả đã công bố trong công trình số [4] của tác giả và tham chiếu [115].
Hình 4.8: Phụ thuộc hệ số phản xạ theo số lớp ứng với góc tới 0 độ
Hình 4.9: Hệ số phản xạ phụ thuộc tần số ứng với các góc tới khác nhau
4.5.2. Mô phỏng theo góc tới
Kết quả khảo sát sự phụ thuộc của hệ số phản xạ theo tần số ứng với các góc tới khác nhau được trình bày trên hình 4.9. Các góc tới được lựa chọn để khảo sát là θ = 00, 300 và 600. Nhận thấy rằng, hệ số phản xạ tăng theo chiều tăng của góc tới, đặc biệt là thành phần RTE. Tuy nhiên các giá trị của R có xu hướng trải rộng và đồng đều trên toàn bộ dải tần; với các góc tới lớn hơn xu hướng này càng thể hiện rõ. Điều này hoàn toàn phù hợp với lý thuyết sóng điện từ [52] và kết quả trong công bố [61].
4.5.3. Mô phỏng theo cấu hình trọng số
Bên cạnh việc đảm bảo các tấm phủ đa lớp được đề xuất là tối ưu về khả năng hấp thụ sóng radar thì vấn đề tối ưu hóa về độ dày tổng cộng và độ dày tối đa của một lớp cũng rất được quan tâm. Vấn đề tối ưu hóa về độ dày tổng cộng và độ dày tối đa của từng lớp được quyết định bởi trọng số γ trong công thức 4.22. Tác giả lựa chọn góc tới 0 độ để tính toán các cấu hình tối ưu ứng với các trọng số γ = 0, 0.05 và 0.1. Các kết quả về sự phụ thuộc hệ số phản xạ theo tần số và các thông số của từng cấu hình được trình bày trên Hình 4.10 và Bảng 4.1 tương ứng. Ta nhận thấy, khi nới lỏng điều kiện tối ưu hóa về độ dày thì miền tần số tương ứng với hệ số phản xạ thấp hơn chiếm ưu thế; các điểm cực tiểu của R dịch chuyển về phía tần số thấp và có giá trị giảm dần. Đối với góc tới 0 độ thì RTM và RTE trùng nhau.
Hình 4.10: Hệ số phản xạ phụ thuộc tần số ứng với các góc tới θ = 00 và các cấu hình khác nhau
Bảng 4.1: Các thông số tối ưu hóa của ba cấu hình CH1, CH2, CH3 Cấu hình CH1 ( = 0) CH2 ( = 0.05) CH3 ( = 0.1) Lớp 1 (n1/d1 mm) 2/1.15 6/1.08 2/0.62 Lớp 2 (n2/d2 mm) 11/1.09 2/0.94 10/1.30 Lớp 3 (n3/d3 mm) 14/0.43 14/0.42 4/0.49 Lớp 4 (n4/d4 mm) 17/1.05 18/0.45 6/0.52 Lớp 5 (n5/d5 mm) 19/1.4 21/0.17 19/0.35
fmin (dB) 9.6 10.8 11.2
Rmin (dB) -53.7 -39.3 -22.3