А. И. Семенихин1, Д. В. Семенихина2, А. М. Зыкина3
1–3 Институт радиотехнических систем и управления, Южный федеральный университет (г. Таганрог, Россия)

1 anilsem@mail.ru, 2 d_semenikhina@mail.ru, 3 a.zikina@yandex.ru

Постановка проблемы. Известны различные механизмы фазового снижения рассеяния электромагнитных волн от плоских блестящих участков металлических тел с помощью непоглощающих метаповерхностей (МП): деструктивная интерференция, диффузное рассеяние, поляризационная и спин-орбитальная конверсия. В частности, метаповерхности Панчаратнама-Берри (ПБ) с усложненными фазовыми профилями реализуют эффективное широкополосное, широкоугольное гашение рассеяния. Параболические фазированные МП обладают хорошей диффузией рассеяния и применяются для снижения бистатического рассеяния. Однако МП ПБ проектируют, как правило, на основе единичных ячеек квадратной формы. Влияние гексагональной формы ячеек (типа пчелиная сота) на эффективность фазового гашения моно- и бистатических диаграмм рассеяния нужно исследовать.

Цель. Оценить влияние гексагональной формы единичных ячеек (по сравнению с традиционной квадратной формой) на гашение обратного рассеяния и широкоугольность бистатического рассеяния от метаповерхностей с выпуклыми и вогнутыми параболическими профилями ПБ-фазы.

Результаты. Предложена единичная гексагональная ячейка ПБ-метаповерхности с метачастицей в виде перфорированного полоска, которая эффективно отражает ко-поляризованную волну круговой поляризации с потерями менее 0,35 дБ и подавляет кросс-поляризованную волну более чем на 12 дБ в полосе от 8,5 до 19,7 ГГц. Спроектированы модули МП из гексагональных и квадратных ячеек с однотипными метачастицами и одинаковыми параболическими выпуклыми и вогнутыми фазовыми профилями. С помощью симуляции методом конечных элементов показано, что модуль из сот гасит обратное рассеяние в полосе от 8,6 до 20,7 ГГц на 9,5–10 дБ, а модуль с квадратными ячейками лишь на 8 дБ. Установлено, что метаповерхности с гексагональными ячейками обеспечивают более широкоугольное бистатическое рассеяние с раздвинутыми боковыми лепестками в секторе углов 75° (для выпуклого профиля) по сравнению с МП из квадратных ячеек.

Практическая значимость. Полученные результаты могут быть полезны при выборе формы единичных ячеек непоглощающих метаповерхностей, предназначенных для широкополосного широкоугольного фазового гашения рассеяния.

Семенихин А.И., Семенихина Д.В., Зыкина А.М. Метаповерхности Панчаратнама-Берри с гексагональными ячейками и параболическими фазовыми профилями для широкоугольного снижения рассеяния // Антенны. 2025. № 6. С. 48–56. DOI: https://doi.org/10.18127/j03209601-202506-06

1. Chen H.T., Taylor A.J., Yu N. A review of metasurfaces: physics and applications // Reports on Progress in Physics. 2016. V. 79. № 7. P. 076401. DOI: 10.1088/0034-4885/79/7/07640.
2. Tian Y., Jing X., Yu H., Gan H., Hong Z. Manipulation of the arbitrary scattering angle based on all-dielectric transmissive Pancha­ratnam-Berry phase coding metasurfaces in the visible range // Optics Express. 2020. V. 28. № 21. P. 32107–32123. DOI: 10.1364/ OE.409509.
3. Wu X. et al. Ultra-broadband Pancharatnam-Berry phase metasurface for arbitrary rotation of linear polarization and beam splitter // Optics express. 2022. V. 30. № 9. P. 15158–15171. DOI: 10.1364/OE.456393.
4. Li B.Q. et al. Electromagnetic scattering suppression based on multi-beam OAM metasurface // International Conference on Microwave and Millimeter Wave Technology (ICMMT). IEEE. 2022. P. 1–3. DOI: 10.1109/ICMMT55580.2022.10023076.
5. Liu Q. et al. RCS reduction metasurface based on orbital angular momentum // Results in Physics. 2023. V. 53. P. 107008. DOI: 10.1016/j.rinp.2023.107008.
6. Zhang Y. et al. Broadband diffuse terahertz wave scattering by flexible metasurface with randomized phase distribution // Scientific Reports. 2016. V. 6. № 1. P. 26875. DOI: 10.1038/srep26875.
7. Su J. et al. Ultra-wideband, wide angle and polarization-insensitive specular reflection reduction by metasurface based on parameter-adjustable meta-atoms // Scientific reports. 2017. V. 7. № 1. P. 42283. DOI: 10.1038/srep42283.
8. Chen K. et al. Geometric phase coded metasurface: from polarization dependent directive electromagnetic wave scattering to diffusion-like scattering // Scientific reports. 2016. V. 6. № 1. P. 35968. DOI: 10.1038/srep35968.
9. Sun H. et al. Broadband and broad-angle polarization-independent metasurface for radar cross section reduction // Scientific reports. 2017. V. 7. № 1. P. 40782. DOI: 10.1038/srep40782.
10. Chen Z., Deng H., Zheng L. Phase random metasurface with diffuse scattering based on subwavelength unit’s design of shunt resonance circuit // IEEE Access. 2020. V. 8. P. 220017–220026. DOI: 10.1109/ACCESS.2020.3042531.
11. Al-Nuaimi M.K.T. et al. Wideband radar cross section reduction using parabolic phased metasurfaces // IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters. 2023. V. 22. № 7. P. 1547–1551. DOI: 10.1109/LAWP.2023.3250453.
12. Yuan F. et al. RCS reduction based on concave/convex-chessboard random parabolic-phased metasurface // IEEE Transactions on Antennas and Propagation. 2019. V. 68. № 3. P. 2463–2468. DOI: 10.1109/TAP.2019.2940503.
13. Yuan F. et al. Broadband RCS reduction based on parabolic-phased diffused metasurface // International Conference on Microwave and Millimeter Wave Technology (ICMMT). IEEE. 2018. P. 1–3. DOI: 10.1109/ICMMT.2018.8563461.
14. Xu H.X. et al. Broadband wide-angle polarization-independent diffusion using parabolic-phase metasurface // IEEE International Symposium on Electromagnetic Compatibility and IEEE Asia-Pacific Symposium on Electromagnetic Compatibility (EMC/APEMC). IEEE. 2018. P. 1114–1118. DOI: 10.1109/ISEMC.2018.8393960.
15. Wang C. et al. Hybrid-phase approach to achieve broadband monostatic/bistatic RCS reduction based on metasurfaces // Journal of Physics D: Applied Physics. 2020. V. 53. № 36. P. 365001. DOI: 10.1088/1361-6463/ab9266.
16. Semenikhin A.I. et al. Wide-angle broadband cancellation of scattering from metasurfaces with OAM and combined phase profiles // International Conference on Electromagnetics in Advanced Applications (ICEAA). IEEE. 2024. P. 77–80. DOI: 10.1109/ICEAA61917. 2024.10701700.
17. Семенихин А.И., Семенихина Д.В. Метаповерхности Патчаратнама-Берри с генерацией углового орбитального момента и комбинированным фазовым кодированием для широкополосного широкоугольного снижения ЭПР // Журнал радиоэлектроники. 2024. № 5. DOI: 10.30898/1684-1719.2024.5.9.
18. Liu Q. et al. RCS reduction metasurface based on orbital angular momentum // Results in Physics. 2023. V. 53. P. 107008. DOI: 10.1016/j.rinp.2023.107008.
19. Yang Y., Zhang W. Low sidelobe level transmitarray antenna using hexagonal unit cell // International Applied Computational Electromagnetics Society Symposium (ACES-China). IEEE. 2023. P. 1–3. DOI: 10.23919/ACES-China60289.2023.10250043.
20. Zou Q. et al. An orthogonal circular polarization converting transmitarray using hexagonal arrangement // International Conference on Microwave and Millimeter Wave Technology (ICMMT). IEEE. 2024. V. 1. P. 1–3. DOI: 10.1109/ICMMT61774.2024.10671830.
21. Zhang W. et al. Broadband metasurface antenna using hexagonal loop-shaped unit cells // IEEE Access. 2020. V. 8. P. 223797–223805. DOI: 10.1109/ACCESS.2020.3043656.
22. Bai X. et al. Polarization-insensitive metasurface lens for efficient generation of convergent OAM beams // IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters. 2019. V. 18. № 12. P. 2696–2700. DOI: 10.1109/LAWP.2019.2949085.
23. Du J. et al. Optical vortex array: generation and applications // Chinese Optics Letters. 2024. V. 22. № 2. P. 020011. DOI: 10.3788/ COL202422.020011.