Published November 30, 2023 | Version v1
Publication Open

Bioinspired Double‐Broadband Switchable Microwave Absorbing Grid Structures with Inflatable Kresling Origami Actuators

  • 1. Beijing Institute of Technology
  • 2. Nanyang Technological University
  • 3. Peking University

Description

Tunable radar stealth structures are critical components for future military equipment because of their potential to further enhance the design space and performance. Some previous investigations have utilized simple origami structures as the basic adjusting components but failed to achieve the desired broadband microwave absorbing characteristic. Herein, a novel double-broadband switchable microwave absorbing grid structure has been developed with the actuators of inflatable Kresling origami structures. Geometric constraints are derived to endow a bistable feature with this origami configuration, and the stable states are switched by adjusting the internal pressure. An ultra-broadband microwave absorbing structure is proposed with a couple of complementary microwave stealth bands, and optimized by a particle swarm optimization algorithm. The superior electromagnetic performance results from the mode switch activating different absorbing components at corresponding frequencies. A digital adjusting strategy is applied, which effectively achieves a continuously adjusting effect. Further investigations show that the proposed structure possesses superior robustness. In addition, minimal interactions are found between adjacent grid units, and the electromagnetic performance is mainly related to the duty ratio of the units in different states. They have enhanced the microwave absorbing performance of grid structures through a tunable design, a provided a feasible paradigm for other tunable absorbers.

⚠️ This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%

Translated Description (Arabic)

تعد هياكل التخفي الرادارية القابلة للضبط مكونات حاسمة للمعدات العسكرية المستقبلية بسبب قدرتها على زيادة تعزيز مساحة التصميم والأداء. استخدمت بعض التحقيقات السابقة هياكل الأوريغامي البسيطة كمكونات ضبط أساسية ولكنها فشلت في تحقيق خاصية امتصاص الموجات الدقيقة ذات النطاق العريض المطلوبة. هنا، تم تطوير هيكل شبكة ميكروويف جديد مزدوج النطاق قابل للتبديل مع مشغلات هياكل كريسلينج اوريغامي القابلة للنفخ. يتم اشتقاق القيود الهندسية لمنح ميزة ثنائية الاستقرار مع تكوين الأوريغامي هذا، ويتم تبديل الحالات المستقرة عن طريق ضبط الضغط الداخلي. يتم اقتراح بنية فائقة النطاق لامتصاص الموجات الدقيقة مع اثنين من نطاقات الميكروويف التكميلية، ويتم تحسينها من خلال خوارزمية تحسين سرب الجسيمات. ينتج الأداء الكهرومغناطيسي الفائق عن مفتاح الوضع الذي ينشط مكونات الامتصاص المختلفة عند الترددات المقابلة. يتم تطبيق استراتيجية الضبط الرقمي، والتي تحقق تأثير الضبط المستمر بشكل فعال. تظهر المزيد من التحقيقات أن الهيكل المقترح يتمتع بمتانة فائقة. بالإضافة إلى ذلك، تم العثور على الحد الأدنى من التفاعلات بين وحدات الشبكة المجاورة، ويرتبط الأداء الكهرومغناطيسي بشكل أساسي بنسبة تشغيل الوحدات في حالات مختلفة. لقد عززت أداء امتصاص الميكروويف لهياكل الشبكة من خلال تصميم قابل للضبط، وهو ما وفر نموذجًا عمليًا لامتصاصات أخرى قابلة للضبط.

Translated Description (French)

Les structures furtives radar accordables sont des composants essentiels pour les futurs équipements militaires en raison de leur potentiel à améliorer davantage l'espace de conception et les performances. Certaines enquêtes antérieures ont utilisé des structures d'origami simples comme composants d'ajustement de base, mais n'ont pas réussi à atteindre la caractéristique d'absorption des micro-ondes à large bande souhaitée. Ici, une nouvelle structure de grille d'absorption de micro-ondes commutable à double large bande a été développée avec les actionneurs des structures d'origami gonflables de Kresling. Les contraintes géométriques sont dérivées pour doter une caractéristique bistable de cette configuration origami, et les états stables sont commutés en ajustant la pression interne. Une structure absorbant les micro-ondes à très large bande est proposée avec un couple de bandes furtives micro-ondes complémentaires, et optimisée par un algorithme d'optimisation d'essaim de particules. La performance électromagnétique supérieure résulte du commutateur de mode activant différents composants absorbants à des fréquences correspondantes. Une stratégie d'ajustement numérique est appliquée, ce qui permet d'obtenir efficacement un effet d'ajustement continu. D'autres recherches montrent que la structure proposée possède une robustesse supérieure. En outre, des interactions minimales sont trouvées entre les unités de réseau adjacentes, et la performance électromagnétique est principalement liée au rapport cyclique des unités dans différents états. Ils ont amélioré les performances d'absorption des micro-ondes des structures de grille grâce à une conception accordable, un paradigme réalisable pour d'autres absorbeurs accordables.

Translated Description (Spanish)

Las estructuras sigilosas de radar sintonizables son componentes críticos para el futuro equipo militar debido a su potencial para mejorar aún más el espacio de diseño y el rendimiento. Algunas investigaciones anteriores han utilizado estructuras simples de origami como componentes básicos de ajuste, pero no lograron la característica deseada de absorción de microondas de banda ancha. En este documento, se ha desarrollado una novedosa estructura de rejilla de absorción de microondas conmutable de doble banda ancha con los actuadores de las estructuras inflables de origami de Kresling. Las restricciones geométricas se derivan para dotar a una característica biestable con esta configuración de origami, y los estados estables se cambian ajustando la presión interna. Se propone una estructura de absorción de microondas de banda ultraancha con un par de bandas furtivas de microondas complementarias, y optimizada por un algoritmo de optimización de enjambre de partículas. El rendimiento electromagnético superior resulta del interruptor de modo que activa diferentes componentes absorbentes a las frecuencias correspondientes. Se aplica una estrategia de ajuste digital, que logra efectivamente un efecto de ajuste continuo. Investigaciones posteriores muestran que la estructura propuesta posee una robustez superior. Además, se encuentran interacciones mínimas entre las unidades de red adyacentes, y el rendimiento electromagnético está relacionado principalmente con la relación de trabajo de las unidades en diferentes estados. Han mejorado el rendimiento de absorción de microondas de las estructuras de rejilla a través de un diseño sintonizable, proporcionando un paradigma factible para otros absorbentes sintonizables.

Files

advs.202306119.pdf

Files (16.0 kB)

⚠️ Please wait a few minutes before your translated files are ready ⚠️ Note: Some files might be protected thus translations might not work.
Name Size Download all
md5:8d01a160e93358257627cd48de522056
16.0 kB
Preview Download

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
هياكل شبكية مستوحاة منالنطاق العريض المزدوج قابلة للتبديل تعمل بالموجات الدقيقة مع مشغلات كريسلينج اوريغامي القابلة للنفخ
Translated title (French)
Structures de grille d'absorption de micro-ondes commutables à double large bande bioinspirées avec actionneurs Kresling Origami gonflables
Translated title (Spanish)
Estructuras de rejilla de absorción de microondas de doble banda ancha bioinspiradas con actuadores de origami Kresling inflables

Identifiers

Other
https://openalex.org/W4389207941
DOI
10.1002/advs.202306119

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
China

References

  • https://openalex.org/W1965267373
  • https://openalex.org/W1970920595
  • https://openalex.org/W1983416666
  • https://openalex.org/W2031557272
  • https://openalex.org/W2062006571
  • https://openalex.org/W2070161878
  • https://openalex.org/W2078162342
  • https://openalex.org/W2086097879
  • https://openalex.org/W2093630040
  • https://openalex.org/W2136389908
  • https://openalex.org/W2168069209
  • https://openalex.org/W2294297422
  • https://openalex.org/W2462915242
  • https://openalex.org/W2594832402
  • https://openalex.org/W2613932940
  • https://openalex.org/W2725178547
  • https://openalex.org/W2739151341
  • https://openalex.org/W2788290131
  • https://openalex.org/W2789597904
  • https://openalex.org/W2790246068
  • https://openalex.org/W2795241500
  • https://openalex.org/W2798148622
  • https://openalex.org/W2805084918
  • https://openalex.org/W2905515647
  • https://openalex.org/W2909726043
  • https://openalex.org/W2912072238
  • https://openalex.org/W2919387177
  • https://openalex.org/W2949024908
  • https://openalex.org/W2950423776
  • https://openalex.org/W2951603644
  • https://openalex.org/W2984958795
  • https://openalex.org/W2995410550
  • https://openalex.org/W3000352318
  • https://openalex.org/W3034475594
  • https://openalex.org/W3046307060
  • https://openalex.org/W3106334112
  • https://openalex.org/W3107207832
  • https://openalex.org/W3124495365
  • https://openalex.org/W3127253150
  • https://openalex.org/W3129479469
  • https://openalex.org/W3152882961
  • https://openalex.org/W3155187091
  • https://openalex.org/W3168693657
  • https://openalex.org/W3195999846
  • https://openalex.org/W3202765973
  • https://openalex.org/W3204085863
  • https://openalex.org/W3211370426
  • https://openalex.org/W4223482213
  • https://openalex.org/W4231110301
  • https://openalex.org/W4281386501
  • https://openalex.org/W4281718772
  • https://openalex.org/W4289782443
  • https://openalex.org/W4307574275
  • https://openalex.org/W4313491030
  • https://openalex.org/W4389207941