طراحي جاذب الكترومغناطيسي نانوكامپوزيتي با روش بهينه‌سازي ازدحام ذرات بهبوديافته محلي و الگوريتم ژنتيك با مرتب‌سازي نامغلوب

Designing an electromagnetic absorber with nano-composite materials using modified local particle swarm optimization and non-dominated sorting genetic algorithm

در اين مقاله يك جاذب الكترومغناطيسي چندلايه بهبوديافته در محدوده فركانسي X (GHz 4/12-8) طراحي شده است. براي اين منظور، از ضرايب الكترومغناطيسي برخي مواد نانوكامپوزيتي بيان شده در مقالات ديگر، استفاده شده است. محاسبه تلفات بازگشتي با روش تحليلي خط انتقال(TLM) انجام شده است. مشخصه‌هاي موثر در عملكرد ساختار جاذب معرفي شده عبارتند از: تعداد لايه‌ها، ضخامت لايه‌ها، جنس ماده در هر لايه، ترتيب قرارگيري لايه‌ها و تغيير ضرايب الكتريكي و مغناطيسي مواد در طيف فركانس. با به‌كارگيري اين مشخصه‌ها، بهينه‌سازي عملكرد جاذب طراحي شده با هدف دستيابي همزمان به ميزان جذب بالا و تطبيق امپدانسي مناسب، در بيشترين پهناي باند جذب با كمترين ضخامت، توسط دو روش بهينه‌سازي ازدحام ذرات بهبوديافته محلي ((MLPSO و الگوريتم ژنتيك با مرتب‌سازي نامغلوب نوع دوم (NSGA-II) انجام شده است. اين جاذب با ضخامتmm 3 در باند X داراي جذب بيش از dB 5/18- و حداكثر جذبdB 57- مي‌باشد. جهت بررسي صحت طراحي ساختار جاذب معرفي شده در نرم‌افزار CST Microwave Studio شبيه‌سازي شده و تلفات بازگشتي آن به‌روش حل عددي الكترومغناطيسي روش انتگرال‌گيري محدود (FIT) محاسبه گرديده است. ميزان خطاي محاسباتي روش تحليلي با روش عددي، بر اساس تابع خطا معرفي شده در باند X كمتر از 5 درصد مي‌باشد.

In this paper, a multilayer electromagnetic absorber is proposed in X band (8-12.4 GHz) frequencies. In the investigated absorber, the electromagnetic characteristics of Nano-composite materials are obtained from previous studies. The analytical method of the transmission line method (TLM) is used to design of the proposed absorber. Performance of the proposed absorber is influenced by the properties of layers such as the number of the layers, thickness of each layer, material of them, the layer arrangement and electromagnetic coefficients. Further, the modified local particle swarm optimization (MLPSO) method and non-dominated sorting genetic algorithm type two (NSGA-II) are employed to enhance absorption value and absorption bandwidth of the proposed structure with thin profile. The proposed multilayer configuration with 3mm thickness shows more than -18.5 dB absorption in X band frequencies. In this band, the maximum absorption value is about -57 dB for the proposed structure. Furthermore, the return loss of the proposed absorber is calculated using the numerical method of finite integration technique (FIT) in CST Microwave Studio (MWS). Finally, an error function is defined for comparing the analytical with the numerical results. According to this function, differences between these results are less than 5 percent over the X band frequencies.