Усовершенствованная технология изготовления частотно-селективных электромагнитных экранов СВЧ-диапазона, содержащих спиралевидные элементы

Рассмотрена усовершенствованная технология изготовления частотно-селективных электромагнитных экранов. Усовершенствование этой технологии было обеспечено за счет включения в объем изготавливаемых экранов элементов в виде классических спиралей Архимеда, сформированных из фольгированных материалов, для обеспечения частотно-селективных свойств таких экранов и фиксирования указанных элементов в объеме изготавливаемых экранов путем термопрессования. Эти особенности обуславливают основное преимущество усовершенствованной технологии по сравнению с ее аналогами, а именно: более низкие временные затраты, требуемые для ее реализации. Усовершенствование технологии было реализовано по следующим двум направлениям: 1) установление параметров спиралевидных элементов, которым соответствуют максимальные значения потерь энергии взаимодействующего с ними электромагнитного излучения в СВЧ-диапазоне; 2) определение порядка расположения в объеме экранов спиралевидных элементов, которому соответствуют наименьшие значения коэффициентов передачи и отражения электромагнитного излучения в СВЧ-диапазоне этих экранов. Усовершенствование технологии, реализованное по первому направлению, базировалось на результатах анализа научных работ, посвященных математическому моделированию и исследованию характеристик передачи электромагнитного излучения в СВЧ-диапазоне плоских спиральных антенн. Усовершенствование, реализованное по второму направлению, базировалось на полученных экспериментальных данных. Были изготовлены экспериментальные образцы экранов, в объем которых включены ориентированные определенным образом спиралевидные элементы, а затем проведен сравнительный анализ характеристик передачи и отражения электромагнитного излучения в СВЧ-диапазоне таких экранов. Экраны, изготовленные в соответствии с предложенной усовершенствованной технологией, представляются перспективными для использования в целях защиты приборов электронной техники от воздействия электромагнитных помех.

1. Semenikhina D.V., Semenikhin A.I., Yukhanov Y.V. Effect of frequency selective shield of semielliptical shape on the characteristics of antenna array. Proc. of Inter. conf. on computer information systems and industrial applications (CISIA 2015). 28—29 June 2015. Bangkok, Thailand. Atlantis Press; 2015. P. 107—109. https://doi.org/10.2991/cisia-15.2015.28

2. Singh A., Singh C. Quad-band FSS for electromagnetic shielding. International Journal of Computer Communication and Informatics. 2021; 3(1): 1—14. https://doi.org/10.34256/ijcci2111

3. Silva M.W.B., Junqueira C.C.M., Culhaoglu A.E., Kemptner E. Frequency selective smart shield design for wireless signals. Proc. 9th European conf. on antennas and propagation (EuCAP,2015). 12—17 April 2015. Lisbon, Portugalia. https://ieeexplore.ieee.org/document/7228738

4. Koohestani M., Perdriau R., Ramdani M., Carlsson J. Frequency selective surfaces for electromagnetic shielding of pocket-sized transceivers. IEEE Transactions on Electromagnetic Compatibility. 2020; 62(6): 2785—2792. https://doi.org/10.1109/temc.2020.2999635

5. Konoplev I., Posthuma De Boer D.W., Warsop C., John M. Design and characterisation of frequency selective conductive materials for electromagnetic fields control. Scientific Reports. 2020; 10(1): 19351. https://doi.org/10.1038/s41598-020-76447-x

6. Mayouf A.T., Sayidmarie K.H., Mohammed Ali Y.E. A Dual stopband frequency selective surface for mobile shielding applications. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2021; 1152(1): 012008. https://doi.org/10.1088/1757-899X/1152/1/012008

7. Khoshniat A., Abhari R. Suppression of radiated electromagnetic emissions using absorbing frequency selective surfaces. 2017 IEEE 26th Conference on Electrical Performance of Electronic Packaging and Systems (EPEPS); 2017. P. 1—3. https://doi.org/10.1109/EPEPS.2017.8329705

8. Perotoni M.B., Andrade L.A., Junqueira C. Design, prototyping and measurement of a cascaded 6-GHz frequency selective surface array. Journal of Aerospace Technology and Management. 2016; 8(2): 137—142. https://doi.org/10.5028/jatm.v8i2.629

9. Hussein M., Zhou J., Huang Y., Al-Juboori B. A low-profile miniaturized second-order bandpass frequency selective surface. IEEE Antennas Wireless Propagation Letters. 2017; 16: 2791—2794. https://doi.org/10.1109/LAWP.2017.2746266

10. De Siqueira Campos A.L.P., Maniçoba R.H.C., d’Assunção A.G. Investigation of enhancement band using double screen frequency selective surfaces with Koch fractal geometry at millimeter wave range. Journal of Infrared, Millimeter and Terahertz Waves. 2010; 31(12): 1503—1511. https://doi.org/10.1007/s10762-010-9735-8

11. Liu P., Yang S., Jain A., Wang Q., Jiang H., Song J., Koschny T., Soukoulis C.M., Dong L. Tunable meta-atom using liquid metal embedded in stretchable polymer. Journal of Applied Physics. 2015; 118(1): 014504—014902. https://doi.org/10.1063/1.4926417

12. Yang S., Liu P., Yang M., Wang Q., Song J., Dong L. From flexible and stretchable meta-atom to metamaterial: A wearable microwave meta-skin with tunable frequency selective and cloaking effects. Scientific Reports. 2016; 6(1): 21921. https://doi.org/10.1038/srep21921

13. Sessions D., Cook A., Fuchi K., Gillman A., Huff G., Buskoh P. Origami-inspired frequency selective surface with fixed frequency response under folding. Sensors. 2019; 19(21): 4808—4828. https://doi.org/10.3390/s19214808

14. Perotoni M.B., Andrade L.A., Junqueira C. Design, prototyping and measurement of a Cascaded 6-GHz frequency selective surface array. Journal of Aerospace Technology and Management. 2016; 8(2): 137—142. https://doi.org/10.5028/jatm.v8i2.629

15. Liang B., Bai M. Subwavelength three-dimensional frequency selective surface based on surface wave tunneling. Optics Express. 2016; 24(13): 14697—14702. https://doi.org/10.1364/OE.24.014697

16. Sanz-Izquierdo B., Parker E.A. 3D Printing technique for fabrication of frequency selective structures for built environment. Electronics Letters. 2013; 49(18): 1117—1118. https://doi.org/10.1049/el.2013.2256

17. Новикова Ю.А. Обзор неуправляемых и управляемых частотно-избирательных поверхностей. Сб. докладов 1-й Всеросс. науч. конф. «Моделирование и ситуационное управление качеством сложных систем». 14–22 апреля 2020 г., Санкт-Петербург. СПб.: Санкт-Петербургский государственный университет аэрокосмического приборостроения; 2020. С. 95—98. https://doi.org/10.31799/978-5-8088-1449-3-2020-1-95-98

18. Anwar R.S., Mao L., Ning H. Frequency selective surfaces: A review. Applied Sciences. 2018; 8(9): 1689—1736. https://doi.org/10.3390/app8091689

19. Martinez-Lopez L., Rodriguez-Cuevas J., Martinez-Lopez J.I., Martynyuk A.E. A multilayer circular polarizer based on bisected split-ring frequency selective surfaces. IEEE Antennas Wireless Propagation Letters. 2014; 13: 153—156. https://doi.org/10.1109/LAWP.2014.2298393

20. Campos A.L.P.; de Oliveira E.E.C.; da Fonseca Silva P.H. Design of miniaturized frequency selective surfaces using Minkowski island fractal. Journal of Microwaves, Optoelectronics and Electromagnetic Applications (JMOe). 2010; 9(1): 43—49.

21. Yao X., Bai M., Miao J. Equivalent circuit method for analyzing frequency selective surface with ring patch in oblique angles of incidence. IEEE Antennas Wireless Propagation Letters. 2011; 10: 820—823. https://doi.org/10.1109/LAWP.2011.2164774

22. Li W., Wang C., Zhang Y., Li Y. A miniaturized frequency selective surface based on square loop aperture element. International Journal Antennas Propagation. 2014; 2014: 1—6. https://doi.org/10.1155/2014/701279

23. Huang F.-C., Chiu C.-N., Wu T.-L., Chiou Y.-P. A circular-ring miniaturized-element metasurface with many good features for frequency selective shielding applications. IEEE Transactions on Electromagnetic Compatibility. 2015; 57(3): 365—374. https://doi.org/10.1109/TEMC.2015.2389855

24. Panwar R., Lee J.R. Progress in frequency selective surface-based smart electromagnetic structures: A critical review. Aerospace Science and Technology. 2017; 66: 216—234. https://doi.org/10.1016/J.AST.2017.03.006

25. Liu T., Kim S.-S. High-capacitive frequency selective surfaces of folded spiral conductor arrays. Microwave and Optical Technology Letter. 2020; 62(1): 301—307. https://doi.org/10.1002/mop.32006

26. Chena T.-K., Huff G.H. Transmission line analysis of the Archimedean spiral antenna in free space. Journal of Electromagnetic Waves and Applications. 2014; 28(10): 1175—1193. https://doi.org/10.1080/09205071.2014.909295