Diseño de metasuperficie activa para reducir la RCS de antenas

La aparición de los radares ha significado un gran cambio en el desarrollo de los combates bélicos. Tanto que en la primera guerra mundial se desarrolló el primer sistema de reducción de la sección recta radar (RCS) buscando obtener una ventaja contra el enemigo. Desde entonces, e incluso hoy en día, ambas tecnologías siguen desarrollándose con gran importancia en el mundo militar. El objetivo de este proyecto es el estudio y diseño de una metasuperficie que mediante dispositivos activos, abra y cierre una ventana de transmisión ocultando una antena, de modo que se pueda transmitir con RCS reducida en las bandas contiguas a la ventana de transmisión, y cerrar la ventana reduciendo la RCS en la banda de operación cuando se deseé. La metasuperficie utilizada para este fin está compuesta de dos estructuras principales, la superior, que afecta principalmente a la fase mientras que la inferior afecta principalmente a la ventana de transmisión. En primer lugar se estudia cómo afecta la variación de los distintos parámetros de las estructuras que componen las distintas capas a las propiedades para la reducción de RCS, realizando después una optimización tanto para sustrato FB4 como para Rogers 5880. Además se estudian también otro tipo de estructuras que podrían llegar a tener propiedades interesantes para la reducción de RCS, como son los parches o las cruces de Jerusalen, ya que por su simetría permiten su utilización en configuraciones con polarización circular. Posteriormente se realiza el estudio de la implantación de los dispositivos activos en la estructura seleccionada para poder cerrar y abrir la ventana. Para ello se estudia implantar diodos MA4AGBLP912 en la estructura inferior buscando la mejor ubicación. Tras los estudios realizados en celda unidad se incorpora la antena en la configuración. La metasuperficie está pensada para la ocultación de una antena pero se aprovecha su colocación para generar una cavidad que aumente la directividad de la antena de partida. Se realiza un estudio de optimización para aumento de ganancia Fabry-Perot y se observa cómo afecta la metasuperficie en sus diferentes estados a la directividad y RCS de la antena, comparándola además con un metal perfecto, la propia antena de partida y la metasuperficie sin codificaciones chessboard. Se consigue comprobar que se puede modificar activamente la RCSR de modo que se pueda ocultar una antena.

The emergence of radars has represented a significant change in the development of military combat. So much so that during the First World War, the first radar cross-section (RCS) reduction system was developed in order to gain an advantage against the enemy. Since then, and even today, both technologies continue to be developed with great importance in the military world. The objective of this project is the study and design of a metasurface that, through active devices, opens and closes a transmission window hiding an antenna, allowing for transmission with reduced RCS in the bands adjacent to the transmission window, and closing the window to reduce the RCS in the operating band when desired. The metasurface used for this purpose is composed of two main structures, the upper one primarily affecting the phase, while the lower one mainly affects the transmission window. Initially, the study examines how the variation of different parameters of the structures composing the different layers affects the properties for RCS reduction, followed by an optimization for both FB4 substrate and Rogers 5880. Additionally, other types of structures that could potentially have interesting properties for RCS reduction are also studied, such as patches or Jerusalem crosses, as their symmetry allows for their use in configurations with circular polarization. Subsequently, the study focuses on the implementation of active devices in the selected structure to open and close the window. This involves studying the implantation of MA4AGBLP912 diodes in the lower structure to find the optimal location. Following the studies conducted on the unit cell, the antenna is incorporated into the configuration. While the metasurface is intended for antenna concealment, its placement is utilized to create a cavity that enhances the directivity of the starting antenna. An optimization study is conducted for Fabry-Perot gain enhancement, observing how the metasurface affects the directivity and RCS of the antenna in its various states, comparing it with a perfect metal, the starting antenna itself, and the metasurface without chessboard codings.