طراحی، شبیه سازی، ساخت و تعیین مدار معادل یک سلول فیلترRFSS با قابلیت پیکربندی الکترونیکی برای حفاظت الکترومغناطیس محموله ها درسامانه های فضایی

بابائی, حامد; گوهری, سید امیر; محمدی, پیمان

doi:10.30699/jsst.2023.1448

نوع مقاله : مقالة‌ تحقیقی‌ (پژوهشی‌)

نویسندگان

¹ دانشکده مهندسی برق ، دانشگاه آزاد اسلامی ، واحد بجنورد، بجنورد، ایران

² استادیار، دانشکده مهندسی برق ، دانشگاه آزاد اسلامی ، واحد بجنورد، بجنورد، ایران

https://doi.org/10.30699/jsst.2023.1448

چکیده

: در این مقاله نوع جدیدی از ساختارهای EBG موسوم به سطوح انتخابی فرکانس (FSS) با قابلیت پیکربندی مجدد بررسی شده‌است. طرح‌ پیشنهادی، یک فیلتر میان نگذر جدید با هدف کنترل فرکانس مرکزی با قابلیت پیکربندی مجدد مجهز به دیودهای پین(PIN)برای ساختار FSS را در باند فرکانسی C و دربازه فرکانسی 4GHz الی 8GHz با کاربرد فضایی معرفی می‌کند که در فرکانس مرکزی 4.75GHz، پهنای باند حدود 1GHz را در وضعیت روشن بودن دیود ارائه می دهد. فرکانس مرکزی این فیلتر در وضعیت خاموش بودن دیود به فرکانس 5.23GHz جابجا می‌شود. در واقع این ساختار قرار است به عنوان نوعی پوشش الکترومغناطیسی برای محموله فضایی در ماهواره های نسل آینده استفاده شود. پس از طراحی و شبیه‌سازی سلول حاصل، یک مدل مداری نیز برای تایید طراحی و شبیه‌سازی ارائه شده است. از کاربردهای مهم این ساختارها، استفاده از آن‌ها در محافظت ماژول های الکترونیکی، محموله ماهواره‌ها در برابر تشعشعات الکترومغناطیسی، جنگ الکترونیک و کاهش سطح مقطع راداری(RCS) است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Design, Simulation, Fabrication and Determining the Equivalent Circuit Model of a Reconfigurable FSS unit Cell Filter for Electromagnetic Protection of Space Payload Systems

نویسندگان [English]

Hamed Babaei ¹
Seyyed Amir Gohari ²
Peiman Mohamadi ²

¹ Ph.D. Student‎, Department of Electrical Engineering, Bojnourd Branch, Islamic Azad University, Bojnourd, Iran

² Assistant Professor, Department of Electrical Engineering, Bojnourd Branch, Islamic Azad University, Bojnourd, Iran

چکیده [English]

In this article, a new type of EBG structure known as frequency selective surface (FSS) with reconfigurable capability is investigated. The proposed design introduces a new adjustable band stop filter equipped with PIN diodes. Operating frequency of the FSS structure is in the C-band and in the frequency range of 4GHz to 8GHz, which at the central frequency of 4.75GHz, provides a bandwidth of about 1 GHz, when the state of the diode being on. The center frequency of this filter is shifted to 5.23 GHz when the diode is off. In fact, this structure is supposed to be used as a type of electromagnetic coating filter for space payload in the next generation satellites. After the design and simulation of the final cell, an equivalent circuit model is also presented to confirm the design and simulation. These structures protect electronic modules of satellite payload against electromagnetic radiation, electronic warfare. The RCS reduction is the other application of the FSS structure.

کلیدواژه‌ها [English]

Space payload
Frequency Selective Surface (FSS)
Electromagnetic Band-Gap (EBG)
Radar Cross Section (RCS)
RFSS Low Pass Filter
PIN diode

مراجع

[1] Kula, Jeffrey. "Reconfigurable Band Rejection Frequency Selective Structures." Doctoral dissertation, Ohio State University, 2019. http://rave.ohiolink.edu/etdc/view?acc_num=osu1545336272765337

[2] M. Basravi, Z. H. Firouzeh, M. Maddahali, “Design of a Single-Layer Circuit Analog Absorber Using Double-Circular-Loop Array via the Equivalent Circuit Model,” Journal of Electrical and Computer Engineering Innovations, vol. 5, no. 2, 2017, doi:10.22061/jecei.2018.790.

[3] B. A. Munk, Frequency Selective Surfaces Theory and Design, New York, John Wiley & Sons Inc., 2000.

[4] E. F. Knott, J. F. Shaeffer, and M. T. Tuley, Radar Cross Section, 2nd ed. Raleigh, NC, USA, SciTech Publishing, 2004, doi: 10.1049/SBRA026E.

[5] Y. Shang, Z. Shen, and S. Xiao, “On the design of single-layer circuit analog absorber using double-square-loop array,"IEEE Transactions on Antennas and Propagation, vol. 61, no. 12, pp. 6022-6029, 2013, doi: 10.1109/TAP.2013.2280836.

[6] Z. Xing, F. Yang, P. Yang, J. Yang and C. Jiang, "A Novel High-Performance FSS-AMC Radom Unit," 2020 IEEE International Symposium on Antennas and Propagation and North American Radio Science Meeting, 2020, pp. 777-778, doi: 10.1109/IEEECONF35879.2020.9329852.

[7] W. Tian, X. Hou and Y. Che, "The analysis and measurement of FSS radome for antenna RCS reduction," 2013 Cross Strait Quad-Regional Radio Science and Wireless Technology Conference, 2013, pp. 297-299, doi: 10.1109/CSQRWC.2013.6657413.

[8] M. Abdollahvand, K. Forooraghi, J. A. Encinar, Z. Atlasbaf, and E. Martinez‐de‐Rioja, "Design and demonstration of a tri‐band frequency selective surface for space applications in X, K, and Ka bands,” Microwave and Optical Technology Letters, vol. 62, no.4, pp.1742-1751,2020, doi:10.1002/mop.32225.

[9] A. J. A. Al-Gburi, I. B. M. Ibrahim, M. Y. Zeain and Z. Zakaria, "Compact Size and High Gain of CPW-Fed UWB Strawberry Artistic Shaped Printed Monopole Antennas Using FSS Single Layer Reflector," in IEEE Access, vol. 8, pp. 92697-92707, 2020, doi: 10.1109/ACCESS.2020.2995069.

[10] B. Sangeetha, G. Gulati, R. U. Nair and S. Narayan, "Design of airborne radome using Swastika-shaped metamaterial-element based FSS," 2016 IEEE Annual India Conference (INDICON), 2016, pp. 1-5, doi: 10.1109/INDICON.2016.7839049.

[11] P. Charoonsaeng and T. Theeradejvanichkul, " A Thin Wideband Radar Absorber Based on a Dual-Substrate FSS with Quadruple Hexagonal Split Rings for Stealth Aircraft Application" 2019 International Workshop on Antenna Technology (iWAT), 2019, pp. 111-114, doi: 10.1109/IWAT.2019.8730610.

[12] H. Babaei and S. A. Gohari, "Reconfigurable bandstop filter using active frequency selective surface, design and fabrication,” Frequenz, vol. 76, no. 1-2, 2022, pp. 17-28, https://doi.org/10.1515/freq-2021-0008.

[13] N. Marcuvitz., Waveguide Handbook, McGraw-Hill, New York, 1986, doi: 10.1049/PBEW021E.

[14] R. J. Langley and A. J. Drinkwater, “Improved empirical model for the Jerusalem cross,” in IEE Proceedings H (Microwaves, Optics and Antennas), vol. 129, no. 1, pp 1-6, 1982, doi: 10.1049/ip-h-1.1982.0001.

[15] K. Sarbandi and N. Behdad, “A Frequency Selective Surface with Miniaturized Elements,” IEEE Trans. on antenna and propagation, Vol. 55, No. 5, pp. 1239-1245, 2007, doi: 10.1109/TAP.2007.895567.

[16] D. F. Mamedes, A. Gomes Neto, J. Costa e Silva, and J. Bornemann, “Design of reconfigurable frequency-selective surfaces including the PIN diode threshold region,” IET Microwaves, Antennas & Propagation, vol. 12, no. 9, pp. 1483-1486, 2018, doi: 10.1049/iet-map.2017.0761.

[17] M. Veysi, M. Kamyab, S. M. Mousavi and A. Jafargholi, "Wideband Miniaturized Polarization-Dependent HIS Incorporating Metamaterials," in IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters, vol. 9, pp. 764-766, 2010, doi: 10.1109/LAWP.2010.2062170.

علوم و فناوری فضایی

طراحی، شبیه سازی، ساخت و تعیین مدار معادل یک سلول فیلترRFSS با قابلیت پیکربندی الکترونیکی برای حفاظت الکترومغناطیس محموله ها درسامانه های فضایی

مراجع

مراجع

دوره 16، شماره 4 - شماره پیاپی 59
دی 1402
صفحه 71-82

طراحی، شبیه سازی، ساخت و تعیین مدار معادل یک سلول فیلترRFSS با قابلیت پیکربندی الکترونیکی برای حفاظت الکترومغناطیس محموله ها درسامانه های فضایی

مراجع

مراجع

دوره 16، شماره 4 - شماره پیاپی 59دی 1402صفحه 71-82

دوره 16، شماره 4 - شماره پیاپی 59
دی 1402
صفحه 71-82