intTypePromotion=1

Luận án tiến sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu chế tạo vật liệu nano sử dụng cho tấm phủ đa lớp hấp thụ sóng radar băng X

Chia sẻ: Trần Văn Yan | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:164

0
30
lượt xem
5
download

Luận án tiến sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu chế tạo vật liệu nano sử dụng cho tấm phủ đa lớp hấp thụ sóng radar băng X

Mô tả tài liệu
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục đích nghiên cứu của luận án nhằm Xây dựng được một nền tảng lý thuyết căn bản và vững chắc phục vụ cho việc nghiên cứu thực nghiệm. Nắm vững công nghệ chế tạo và đánh giá thông số điện từ của vật liệu nano. Xây dựng chương trình mô phỏng trên nền tảng ngôn ngữ lập trình Matlab sử dụng thuật giải di truyền (GA) nhằm đưa ra những giải pháp về mặt công nghệ và lựa chọn giải pháp tối ưu định hướng cho việc chế tạo tấm phủ đa lớp hấp thụ sóng radar băng X.

Chủ đề:
Lưu

Nội dung Text: Luận án tiến sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu chế tạo vật liệu nano sử dụng cho tấm phủ đa lớp hấp thụ sóng radar băng X

  1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ QUỐC PHÒNG HỌC VIỆN KỸ THUẬT QUÂN SỰ ----------------- NGUYỄN TRẦN HÀ NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VẬT LIỆU NANO SỬ DỤNG CHO TẤM PHỦ ĐA LỚP HẤP THỤ SÓNG RADAR BĂNG X LUẬN ÁN TIẾN SỸ KỸ THUẬT HÀ NỘI - 2016
  2. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ QUỐC PHÒNG HỌC VIỆN KỸ THUẬT QUÂN SỰ -------------------- NGUYỄN TRẦN HÀ NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VẬT LIỆU NANO SỬ DỤNG CHO TẤM PHỦ ĐA LỚP HẤP THỤ SÓNG RADAR BĂNG X LUẬN ÁN TIẾN SỸ KỸ THUẬT Chuyên ngành : KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ Mã số : 62 52 02 03 NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS-TS ĐỖ QUỐC HÙNG TS PHAN NHẬT GIANG HÀ NỘI - 2016
  3. LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan các kết quả trình bày trong luận án là công trình nghiên cứu của tôi dưới sự hướng dẫn của các cán bộ hướng dẫn. Các số liệu, kết quả trình bày trong luận án là hoàn toàn trung thực và chưa được công bố trong bất kỳ công trình nào trước đây. Các kết quả sử dụng tham khảo đều đã được trích đầy đủ và theo đúng quy định. Hà Nội, ngày 20 tháng 10 năm 2016 Tác giả Nguyễn Trần Hà
  4. LỜI CẢM ƠN Trong quá trình nghiên cứu và hoàn thành luận án này, tác giả đã nhận được nhiều sự giúp đỡ và đóng góp quý báu. Lời đầu tiên, tác giả xin bày tỏ lòng cảm ơn tới các thầy PGS.TS. Đỗ Quốc Hùng và TS. Phan Nhật Giang đã tận tình hướng dẫn và giúp đỡ tác giả trong quá trình nghiên cứu. Tác giả xin chân thành cảm ơn Phòng Sau đại học, Khoa Vô tuyến điện tử - Học viện Kỹ thuật Quân sự đã tạo điều kiện thuận lợi để tác giả hoàn thành nhiệm vụ. Tác giả cũng xin cảm ơn Bộ môn Vật lý - Học viện Kỹ thuật Quân sự, đã tạo điều kiện cho phép tác giả có thể tham gia nghiên cứu trong các năm làm nghiên cứu sinh. Nhân dịp này tác giả xin dành những tình cảm sâu sắc nhất tới những người thân trong gia đình: Bố, Mẹ, anh, chị, em đã chia sẻ những khó khăn, thông cảm và động viên, hỗ trợ trong quá trình học tập. Cuối cùng tác giả xin dành những tình cảm đặc biệt và biết ơn của mình tới vợ và con trai, bằng tình yêu, sự cảm thông, quan tâm và chia sẻ, đã cho tiếp thêm nghị lực, tạo động lực cho tôi thực hiện thành công luận án.
  5. i MỤC LỤC DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT ............................................................... iii DANH MỤC CÁC BẢNG .............................................................................. v DANH MỤC HÌNH VẼ ................................................................................. vi DANH MỤC KÝ HIỆU TOÁN HỌC .......................................................... xi MỞ ĐẦU .......................................................................................................... 1 Chương 1: TỔNG QUAN VỀ VẬT LIỆU HẤP THỤ SÓNG ĐIỆN TỪ .. 9 1.1. Tổng quan về sóng điện từ...................................................................... 9 1.2. Cơ chế hấp thụ sóng radar .................................................................... 13 1.3. Tán xạ và phản xạ sóng radar trên bề mặt vật liệu ............................... 19 1.4. Cấu trúc vật liệu hấp thụ sóng radar ..................................................... 21 1.5. Vật liệu Nano và khả năng hấp thụ sóng điện từ .................................. 36 1.6. Kết luận chương 1 ................................................................................. 38 Chương 2: CHẾ TẠO VÀ NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT VẬT LÝ CỦA VẬT LIỆU NANO ......................................................................................... 40 2.1. Một số phương pháp chế tạo vật liệu nano ........................................... 40 2.2. Phương pháp phun sương đồng kết tủa ................................................ 42 2.3. Công nghệ chế tạo vật liệu nano Zn0.5Ni0.5Fe2O4 ................................. 44 2.4. Công nghệ chế tạo vật liệu nano Zn0.5Mn0.5Fe2O4................................ 47 2.5. Chế tạo một số vật liệu nano từ tính khác ............................................ 50 2.6. Công nghệ chế tạo vật liệu nano C ....................................................... 55 2.7. Kết luận chương 2 ................................................................................. 61
  6. ii Chương 3: ĐO CÁC THÔNG SỐ ĐIỆN TỪ VÀ XÂY DỰNG NGÂN HÀNG DỮ LIỆU VẬT LIỆU....................................................................... 62 3.1. Giới thiệu .............................................................................................. 62 3.2. Phương pháp không gian tự do. ............................................................ 65 3.3. Phương pháp đường truyền .................................................................. 71 3.4. Kết quả nghiên cứu ............................................................................... 87 3.5. Kết luận chương 3 ................................................................................. 97 Chương 4: TÍNH TOÁN MÔ PHỎNG VÀ CHẾ THỬ TẤM PHỦ ĐA LỚP HẤP THỤ SÓNG RADAR BĂNG X ................................................. 99 4.1. Giới thiệu .............................................................................................. 99 4.2. Thuật toán di truyền. ........................................................................... 100 4.3. Sự truyền sóng điện từ qua môi trường phân lớp ............................... 103 4.4. Mô phỏng tấm phủ đa lớp hấp thụ sóng radar băng X ....................... 111 4.5. Kết quả tính toán ................................................................................. 117 4.6. Thử nghiệm chế tạo tấm phủ đa lớp ................................................... 122 4.7. Kết luận chương 4 ............................................................................... 129 KẾT LUẬN .................................................................................................. 130 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ ................................. 132 PHỤ LỤC ..................................................................................................... 134 TÀI LIỆU THAM KHẢO .......................................................................... 135
  7. iii DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT Từ viết tắt Nghĩa tiếng Anh Nghĩa Tiếng Việt AR Anechoic Room Phòng khử vọng (phòng câm) CGM Conjugate Gradient Methods Phương pháp gradient liên hợp CP Coaxial Probe Đầu dò đồng trục DARAM Dynamic Adaptive Radar Vật liệu hấp thụ sóng radar tự Absorbing Materials ứng biến DL Dielectrics Losses Tổn hao điện FDTD Finite Difference Time Phương pháp sai phân hữu hạn Domain miền thời gian EM Electromagnetic Điện từ FSM Free Space Method Phương pháp không gian tự do GA Genetic Algorithm Thuật toán di truyền ML Magnetic Losses Tổn hao từ MoM Method of Moments Phương pháp ước lượng mômen PP Parallel Plate Bản cực song song RAM Radar Absorbent Materials Vật liệu hấp thụ sóng điện từ RB Radar Bistatic Radar song địa tĩnh RC Resonant Cavity Hộp cộng hưởng SA Simulated Annealing Ủ nhiệt mô phỏng SC Short Circuit Ngắn mạch SCS Scattering Cross-Section Tiết diện tán xạ SEM Scanning Electron Ảnh hiển vi điện tử quét Microscopy
  8. iv TDG Time Domain Gating Ngưỡng miền thời gian TEM Transmission Electron Ảnh hiển vi điện tử truyền qua Microscopy TLM Transmission Line Method Phương pháp đường truyền VSM Vibrating Sample Từ kế mẫu rung Magnetometer VSWR Voltage Standing Wave Ratio Tỷ số điện áp sóng dừng XRD X-ray Diffraction Nhiễu xạ tia X
  9. v DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 3.1: Hệ số điện môi và độ từ thẩm của các mẫu RAM chứa nano Mn0.5Zn0.5Fe2O4 với tỷ phần 60% ................................................................... 88 Bảng 4.1: Các thông số tối ưu hóa của ba cấu hình CH1, CH2, CH3 ……121 Bảng 4.2: Các thông số tối ưu hóa của mẫu tấm phủ M1 …………………123 Bảng 4.3: Các thông số tối ưu hóa của mẫu tấm phủ M2 …………………125 Bảng 4.4. Các thông số tối ưu hóa của mẫu tấm phủ M3 …………………126 Bảng 4.5: Các thông số tối ưu hóa của mẫu tấm phủ M4 …………………127 Bảng 4.6: Các thông số tối ưu hóa của mẫu tấm phủ M5 …………………128
  10. vi DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1: Sóng phản xạ và truyền qua tại biên của hai môi trường............... 11 Hình 1.2: Hằng số điện môi phụ thuộc tần số [87]. ....................................... 14 Hình 1.3: Cấu trúc triệt tiêu năng lượng sóng. ............................................... 22 Hình 1.4: Cấu trúc của màn chắn Salisbury [24] ........................................... 24 Hình 1.5: Cấu trúc của lớp hấp thụ Dallenbach ............................................. 25 Hình 1.6: Cấu trúc vật liệu hấp thụ radar tự thích nghi (DARAM) ............... 27 Hình 1.7: Cấu trúc vật liệu hấp thụ đa lớp ..................................................... 32 Hình 1.8: So sánh hiệu suất và băng thông hấp thụ vật liệu hấp thụ đa lớp [24]. ......................................................................................................................... 32 Hình 1.9: Cấu trúc siêu vật liệu ...................................................................... 35 Hình 2.1: Sơ đồ hệ phun sương đồng kết tủa. ................................................ 43 Hình 2.2: Thiết bị thủy nhiệt. ......................................................................... 43 Hình 2.3: Sơ đồ các bước chế tạo vật liệu nano Ni0.5Zn0.5Ni0.5Fe2O4. ........... 44 Hình 2.4: Ảnh SEM (a) và TEM (b) của vật liệu nano Ni0.5Zn0.5Fe2O4 ........ 45 Hình 2.5: Giản đồ nhiễu xạ Rơnghen của vật liệu nano Ni0,5Zn0,5Fe2O4. ...... 46 Hình 2.6: Chu trình từ trễ của nano Ni 0.5Zn0.5Fe2O4 trong từ trường nhỏ (a) và từ trường lớn (b) ....................................................................................... 46 Hình 2.7: Sơ đồ các bước chế tạo vật liệu nano Mn0.5Zn0.5Fe2O4. ................. 47 Hình 2.8: Ảnh SEM của vật liệu nano Mn0.5Zn0.5Fe2O4 ................................ 48 Hình 2.9: Giản đồ nhiễu xạ Rơnghen của vật liệu nano Mn0.5Zn0.5Fe2O4. .... 49 Hình 2.10: Chu trình từ hóa của vật liệu Mn0.5Zn0.5Fe2O4 trong vùng từ trường từ hóa nhỏ (a) và trong vùng từ trường từ hóa lớn (b). ................................... 50
  11. vii Hình 2.11: Sơ đồ các bước chế tạo vật liệu nano BaCo ferrite. ..................... 51 Hình 2.12: Phổ nhiễu xạ Rơnghen của vật liệu nano BaCo ferrite chế tạo được. 51 Hình 2.13: Ảnh TEM của vật liệu nano BaCo ferrite chế tạo được với độ phóng đại khác nhau. .................................................................................................. 52 Hình 2.14: Chu trình từ trễ của vật liệu nano BaCo ferrite ............................ 52 Hình 2.15: Sơ đồ các bước chế tạo vật liệu nano multiferroic. ..................... 53 Hình 2.16: Phổ nhiễu xạ Rơnghen của vật liệu multiferroic CoFe2O4 - BiFeO3 (BCFO) ............................................................................................................ 54 Hình 2.17: Ảnh TEM của vật liệu multiferroic CoFe2O4 - BiFeO3 (BCFO) với độ phóng đại khác nhau................................................................................... 54 Hình 2.18: Chu trình từ trễ của vật liệu multiferroic CoFe2O4 - BiFeO3....... 55 Hình 2.19: Thiết bị lò khuếch tán Samostel ................................................ 56 Hình 2.20: Phổ nhiễu xạ Rơnghen của vật liệu nano cácbon ........................ 56 Hình 2.21: Ảnh TEM của vật liệu nano C ở điều kiện thời gian phân hủy ngắn . 57 Hình 2.22: Ảnh TEM của các quả cầu cácbon. .................................................. 57 Hình 2.23: Ảnh SEM của vật liệu nano cácbon ............................................. 58 Hình 2.24: Ảnh SEM phân giải cao của các quả cầu cácbon. ....................... 58 Hình 2.25: Ảnh TEM quả cầu cácbon tan trong dung môi. ........................... 59 Hình 2.26: Ảnh SEM của vật liệu nano cácbon sau khi xử lý. ...................... 60 Hình 2.27: Đường cong từ trễ của vật liệu nano cácbon chế tạo được. ......... 60 Hình 3.1: Một số kỹ thuật cơ bản đánh giá thông số điện từ của vật liệu...... 63 Hình 3.2: Hệ thống dùng cho phương pháp “Vòm NRL” ............................. 66 Hình 3.3: Sơ đồ khối (a) và hình ảnh thực tế (b) hệ thống thiết bị của phương pháp Đo lường không gian tự do .................................................................... 68
  12. viii Hình 3.4: Phổ đường sức điện trường và đường sức từ trường ..................... 72 Hình 3.5: Sóng lan truyền trong ống dẫn sóng theo đường zigza g ............... 73 Hình 3.6: Cấu trúc trường trong ống dẫn sóng hình chữ nhật ....................... 74 Hình 3.7: Các mẫu kiểm tra cho các đường truyền đồng trục và các ống dẫn sóng hình chữ nhật .......................................................................................... 77 Hình 3.8: Hệ thống đường truyền để bàn đơn giản ........................................ 78 Hình 3.9: Hai sóng truyền theo hướng ngược nhau tạo thành một sóng dừng với chu kỳ bằng λ/2 ......................................................................................... 79 Hình 3.10: Mô tả sơ đồ thiết lập phép đo ....................................................... 81 Hình 3.11: Bốn tham số phức đặc trưng cho biểu diễn ma trận tán xạ của các mạng hai cổng. ................................................................................................ 82 Hình 3.12: Ba tín hiệu trong hệ thống đo kiểm tra: sóng tới, sóng phản xạ và sóng truyền qua. .............................................................................................. 83 Hình 3.13: Bộ kiểm tra tham số S chứa các bộ ghép có hướng và các mạng chuyển mạch trong quá trình đo tán xạ. .......................................................... 84 Hình 3.14: Sơ đồ hệ đo bằng phương pháp đường truyền ............................. 87 Hình 3.15: Hệ số điện môi (a) và độ từ thẩm (b) của mẫu RAM chứa 60% Mn0.5Zn0.5Fe2O4 ............................................................................................... 88 Hình 3.16: Tổn hao điện từ (a) và hệ số phản xạ (b) của mẫu RAM chứa 60% Mn0.5Zn0.5Fe2O4 ............................................................................................... 91 Hình 3.17: Phần thực (a) và phần ảo (b) hệ số điện môi của mẫu RAM chứa Mn0.5Zn0.5Fe2O4 với các tỷ phần khác nhau .................................................... 92 Hình 3.18: Phần thực (a) và phần ảo (b) độ từ thẩm của mẫu RAM chứa Mn0.5Zn0.5Fe2O4 với các tỷ phần khác nhau .................................................... 92
  13. ix Hình 3.19: Phần thực (a) và phần ảo (b) hệ số điện môi của mẫu RAM chứa Ni0.5Zn0.5Fe2O4 với các tỷ phần khác nhau...................................................... 93 Hình 3.20: Phần thực (a) và phần ảo (b) độ từ thẩm của mẫu RAM chứa Ni0.5Zn0.5Fe2O4 với các tỷ phần khác nhau...................................................... 93 Hình 3.21: Phần thực (a) và phần ảo (b) hệ số điện môi của mẫu RAM chứa multiferroic với các tỷ phần khác nhau ........................................................... 94 Hình 3.22: Phần thực (a) và phần ảo (b) độ từ thẩm của mẫu RAM chứa multiferroic với các tỷ phần khác nhau ........................................................... 94 Hình 3.23: Phần thực (a) và phần ảo (b) hệ số điện môi của mẫu RAM chứa bari coban ferrite với các tỷ phần khác nhau .................................................. 95 Hình 3.24: Phần thực (a) và phần ảo (b) độ từ thẩm của mẫu RAM chứa bari coban ferrite với các tỷ phần khác nhau.......................................................... 96 Hình 3.25: Phần thực (a) và phần ảo (b) hệ số điện môi của mẫu RAM chứa nano cácbon với các tỷ phần khác nhau .......................................................... 96 Hình 3.26: Phần thực (a) và phần ảo (b) độ từ thẩm của mẫu RAM chứa nano cácbon với các tỷ phần khác nhau................................................................... 97 Hình 4.1: Cấu trúc môi trường phân lớp ...................................................... 104 Hình 4.2: Sơ đồ tính các hệ số phản xạ ........................................................ 108 Hình 4.3: Sự phụ thuộc của hệ số phản xạ vào góc quan sát đối với môi trường nửa không gian với  = 3,2(1+0,1i)0 và f = 1GHz ....................................... 109 Hình 4.4: Sự phụ thuộc của hệ số phản xạ vào góc quan sát đối với môi trường hai lớp với 1 = 3,2(1+0,1i)0, 2 = 800 và tần số f = 1GHz ........................ 110 Hình 4.5: Sự phụ thuộc của hệ số phản xạ đối với môi trường hai lớp ....... 110 Hình 4.6: Mô hình tấm phủ đa lớp ............................................................... 112
  14. x Hình 4.7: Lưu đồ thuật toán GA tối ưu hóa tấm phủ đa lớp ........................ 115 Hình 4.8: Phụ thuộc hệ số phản xạ theo số lớp ứng với góc tới 0 độ .......... 119 Hình 4.9: Hệ số phản xạ phụ thuộc tần số ứng với các góc tới khác nhau .. 119 Hình 4.10: Hệ số phản xạ phụ thuộc tần số ứng với các góc tới θ = 00 và các cấu hình khác nhau ........................................................................................ 121 Hình 4.11: Hình ảnh của các mẫu tấm phủ đa lớp thực nghiệm .................. 123 Hình 4.12: Kết quả đánh giá hệ số phản xạ mẫu tấm phủ đa lớp M1 .......... 124 Hình 4.13: Kết quả đánh giá hệ số phản xạ mẫu tấm phủ đa lớp M2 .......... 124 Hình 4.14: Kết quả đánh giá hệ số phản xạ mẫu tấm phủ đa lớp M3 .......... 126 Hình 4.15: Kết quả đánh giá hệ số phản xạ mẫu tấm phủ đa lớp M4 .......... 127 Hình 4.16: Kết quả đánh giá hệ số phản xạ mẫu tấm phủ đa lớp M5 .......... 128
  15. xi DANH MỤC KÝ HIỆU TOÁN HỌC Ký hiệu Ý nghĩa r Hệ số điện môi tỷ đối ' Phần thực hệ số điện môi '' Phần ảo hệ số điện môi r Độ từ thẩm tỷ đối ' Phần thực độ từ thẩm '' Phần ảo độ từ thẩm E Vector cường độ điện trường D Vector cảm ứng điện B Vector cảm ứng từ H Vector cường độ từ trường α Hệ số tắt dần β Hệ số pha γ Hệ số lan truyền tanδe Tổn hao điện tanδm Tổn hao từ R Hệ số phản xạ T Hệ số truyền qua A Hệ số hấp thụ Z Trở kháng k Số sóng S11 Ma trận phản xạ
  16. xii S21 Ma trận truyền qua RTE Hệ số phản xạ của điện trường ngang RTM Hệ số phản xạ của từ trường ngang
  17. 1 MỞ ĐẦU Nghiên cứu về các cuộc chiến tranh công nghệ cao xảy ra trên thế giới trong những năm gần đây cho thấy, bên cạnh việc sử dụng các vũ khí có uy lực sát thương mạnh, các cường quốc quân sự không ngừng phát triển và ứng dụng trên chiến trường các phương tiện trinh sát chỉ thị mục tiêu hiện đại sử dụng các dải sóng điện từ khác nhau kết hợp với việc sử dụng các kỹ thuật điều khiển chính xác tiên tiến, đảm bảo khả năng bắn trúng và tiêu diệt mục tiêu trong mọi điều kiện thời tiết, ban ngày cũng như ban đêm. Để chống lại các phương tiện trinh sát chỉ thị mục tiêu công nghệ cao và các vũ khí điều khiển chính xác, giới nghiên cứu trong lĩnh vực khoa học - kỹ thuật quân sự các nước đã và đang tích cực phát triển các công nghệ mới để vô hiệu hóa các thiết bị vũ khí công nghệ cao nói trên, trong đó, đáng chú ý là các kỹ thuật, phương pháp liên quan tới công nghệ “tàng hình”. Cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, các giải pháp “tàng hình” mới không ngừng xuất hiện. Các cường quốc quân sự trên thế giới như Nga, Mỹ, Anh, Đức, Ixraen... tập trung nguồn lực nghiên cứu về công nghệ “tàng hình” và đã đạt được những thành tựu mang tính đột phá. Công nghệ “tàng hình” đã được ứng dụng vào rất nhiều loại vũ khí trang bị như: máy bay, tên lửa, tàu chiến, xe tăng... Nhiều thành tựu nghiên cứu đã được đưa vào sản xuất, nhiều vũ khí trang bị sử dụng công nghệ “tàng hình” đã và đang dần được quân đội các nước đưa vào trang bị; điển hình là các loại máy bay “tàng hình” như máy bay ném bom chiến lược B-2, máy bay F-117, F-22 của Mỹ, máy bay SU 35, Mig 35 của Nga, tàu “tàng hình” lớp La Fayette của Pháp [42, 101, 116, 117]...Tuy nhiên, việc nghiên cứu nhằm tìm ra các giải pháp mới cũng như cải tiến các giải pháp đã áp dụng
  18. 2 nhằm nâng cao hiệu quả ngụy trang thiết bị khí tài luôn là chủ đề được các nhà khoa học quan tâm nghiên cứu. Trong dải sóng radar, “công nghệ tàng hình” bao gồm những giải pháp tổng hợp nhằm giảm thiểu tiết diện tán xạ (SCS) đối với sóng radar của các mục tiêu. Đối với các phương tiện chiến đấu, để đạt được hiệu quả “tàng hình”, người ta sử dụng hai giải pháp. Một là, tối ưu về mặt thiết kế và kết cấu dựa trên những kết quả tính toán của lý thuyết nhiễu xạ sóng điện từ. Hai là, sử dụng vật liệu hấp thụ sóng điện từ (RAM). Đối với giải pháp thứ nhất, những thay đổi của các đối tượng thường bị giới hạn bởi các nguyên tắc khí động học nhất định [5], và khả năng phát hiện từ radar song địa tĩnh do đó có thể tăng lên [36, 98]. Các trang thiết bị khí tài quân sự thế hệ mới thường sử dụng cả hai giải pháp; đối với các thiết bị khí tài thế hệ cũ giải pháp sử dụng vật liệu hấp thụ sóng điện từ là giải pháp duy nhất và mang tính sống còn. Công nghệ nano ra đời mở ra một hướng phát triển vũ khí tàng hình thông minh trong tương lai. Vi hạt nano có kích thước nhỏ hơn nhiều so với bước sóng hồng ngoại và sóng radar nên tính truyền sóng qua và tỷ lệ hấp thụ sóng điện từ lớn hơn nhiều so với các loại vật liệu thông thường, đặc biệt nó có đặc tính tổn hao từ lớn, nên có thể làm vật liệu tàng hình. Bên cạnh đó vi hạt nano có tính hấp thụ sóng tốt trong phạm vi phổ tần khá rộng, nên được dùng làm vật liệu tàng hình tổng hợp với kênh phổ rộng dùng cho cả sóng hồng ngoại và radar. Vật liệu nano còn có tính hấp thụ sóng rất mạnh, hoạt tính cao và dễ phân tán, nên rất dễ tạo thành lớp phủ tàng hình nhẹ, siêu mỏng. Trong khi các tấm phủ đơn lớp làm từ composite chứa vật liệu nano đã chứng tỏ được khả năng hấp thụ sóng điện từ [47], thì các tấm phủ chế tạo từ vật liệu composite có chứa cả vật
  19. 3 liệu nano từ tính và vật liệu điện môi cho thấy khả năng hấp thụ tốt hơn nhiều khi chỉ có một thành phần vật liệu [19, 113]. Mặt khác, tấm phủ đa lớp lại chứng tỏ hấp thụ tốt trên một dải tần rộng hơn các tấm phủ đơn lớp [15, 32]. Kỹ thuật này dựa trên sự sắp xếp của các lớp vật liệu điện môi hoặc vật liệu từ theo một trật tự nhất định. Sự phụ thuộc của của hệ số phản xạ theo tần số cho phép đánh giá khả năng hấp thụ sóng radar của RAM [70]. Có thể phân loại sự phụ thuộc tần số của RAM thành hai loại: băng thông hẹp và băng thông rộng. RAM băng thông hẹp có hiệu năng hấp thụ tới 25 - 30 dB tại một tần số hoặc một dải tần khá hẹp [110], trong khi đó RAM băng thông rộng cho phép hấp thụ sóng ra đa trên toàn bộ dải tần và hiệu năng hấp thụ thấp hơn từ 10 - 20 dB [28]. Các tác giả [15, 32] đã chế tạo được RAM băng tần rộng có khả năng hấp thụ dưới -10 dB, tuy nhiên các tấm phủ đa lớp chỉ dừng lại ở việc lựa chọn hai lớp từ vật liệu chế tạo được theo một mô tuýp được định sẵn để đánh giá kết quả. Cuối cùng, mô hình tương tác giữa sóng radar với các tấm phủ thực ra là khá rõ ràng. Điều đó cho phép dựng được mô hình vật lý của tấm phủ và dựa trên mô hình đó tiến hành tính toán, mô phỏng trên máy tính các quá trình tương tác của sóng radar với tấm phủ. Trên cơ sở các kết quả tính toán có thể đưa ra các giải pháp tối ưu về cấu trúc của lớp phủ hấp thụ sóng radar đối với dải tần cần quan tâm. Việc mô phỏng các tấm phủ hấp thụ sóng radar sẽ là chỉ dẫn lý thuyết các tìm tòi thực nghiệm và giúp giảm chi phí về thời gian cũng như vật chất nhằm đạt một mục đích thực nghiệm đã định trước. Chính vì vậy, hướng nghiên cứu về cấu trúc đa lớp hấp thụ sóng radar được các nhóm nghiên cứu đặc biệt quan tâm bởi hiệu suất và băng thông hấp thụ. Có rất nhiều công bố cả về phương diện tính toán mô
  20. 4 phỏng [33, 58, 77, 95, 115] cũng như nghiên cứu thực nghiệm [29, 38, 78, 96]. Bằng các thuật toán tối ưu hóa khác nhau, các nhóm nghiên cứu đã tiến hành tính toán mô phỏng cấu trúc đa lớp nhằm đưa ra một cấu hình tối ưu. Bogaert và các cộng sự đã sử dụng kỹ thuật tối ưu hóa ủ nhiệt mô phỏng với một một ngân hàng dữ liệu vật liệu có sẵn để tìm ra cấu trúc tối ưu về loại vật liệu và độ dày cho mỗi lớp [33]. Tuy nhiên, kết quả mô phỏng cho thấy giá trị hệ số phản xạ đạt cực tiểu trong vùng tần số 4-6 GHz và 14-16 GHz, trong vùng băng tần X giá trị hệ số phản xạ lại đạt cực đại. Trong công trình [95] Goudos sử dụng thuật toán tiến hóa vi phân tự thích nghi để tính toán mô phỏng cấu trúc đa lớp. Chương trình cho phép đề xuất các cấu hình tối ưu về loại vật liệu và độ dày mỗi lớp, đánh giá sự phụ thuộc hệ số phản xạ theo tần số với những góc tới khác nhau. Tuy nhiên, chương trình chỉ sử dụng ngân hàng dữ liệu vật liệu gồm các loại vật liệu giả định với tham số điện từ là các hàm liên tục. Trong các công trình [58, 59, 61, 77, 115] các tác giả sử dụng thuật giải di truyền thực hiện tính toán mô phỏng cấu trúc đa lớp. Trong số đó các tác giả [59, 61, 77] sử dụng ngân hàng dữ liệu vật liệu là các vật liệu giả định với tham số điện từ là các hàm liên tục. Các tác giả [58, 115] sử dụng dữ liệu đầu vào là các vật liệu có khả năng hấp thụ sóng radar chế tạo thực tế. Tuy nhiên ngân hàng dữ liệu rất hạn chế, chỉ dừng lại ở 4 loại vật liệu, hơn nữa cấu hình tối ưu chỉ gồm hai lớp và thực hiện tối ưu hóa theo độ dày. Thời gian gần đây, một số nhóm nghiên cứu tại các cơ sở nghiên cứu trong và ngoài quân đội cũng đã quan tâm và giành nhiều tâm huyết cho lĩnh vực vật liệu hấp thụ sóng điện từ. Trong công trình [2], GS Nguyễn Việt Bắc và các cộng sự đã nghiên cứu chế tạo thành công vật liệu pigment từ cho hệ sơn hấp thụ sóng điện từ.
ADSENSE
ADSENSE

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

 

Đồng bộ tài khoản
2=>2