ETD

• additive manufacturing
• metamateriale
• radar absorbing material
• risonatori magneto-dielettrici

L’elaborato riguarda il progetto, l’analisi e la caratterizzazione sperimentale di un materiale radar-assorbente a banda larga basato su risonatori magneto-dielettrici, realizzabili mediante stampa 3D di un materiale polimerico caricato con particelle di ferrite. La struttura proposta rappresenta un’alternativa innovativa rispetto ai metamateriali convenzionali per assorbitori elettromagnetici, adottando un array di elementi risonanti direttamente posizionati su un piano in Perfect Electric Conductor (PEC). Tale configurazione consente di ottenere un design compatto, strutturalmente semplice, garantendo prestazioni di assorbimento significative su un’ampia banda frequenziale che copre lo spettro radar da 4 GHz a 40 GHz.
La progettazione del materiale radar-assorbente è stata condotta mediante un’analisi progressiva di differenti configurazioni di Unit Cell, a partire da una cella elementare costituita da un singolo risonatore magneto-dielettrico cilindrico. Successivamente sono state analizzate configurazioni a banda più larga basate su risonatori ad anello cilindrico, fino a giungere a soluzioni più complesse costituite da matrici 2×2 di elementi risonanti in un'unica cella unitaria. Tale evoluzione progettuale ha consentito di ottenere risposte multi-risonanti, favorendo un incremento significativo della banda di assorbimento. L’ottimizzazione della struttura è stata condotta attraverso simulazioni numeriche e modelli circuitali equivalenti, consentendo di analizzare in dettaglio il comportamento dell’assorbitore in termini di coefficiente di riflessione (S11), larghezza di banda operativa e stabilità della risposta al variare dell’angolo di incidenza delle onde elettromagnetiche.
I risonatori magneto-dielettrici sono realizzati in FILAMAG™-F, un materiale composito stampabile in 3D costituito da una matrice polimerica caricata con particelle di ferrite. Tale composizione conferisce al materiale proprietà magneto-dielettriche complesse e dispersive, sia in termini di permittività dielettrica sia di permeabilità magnetica, fondamentali per il funzionamento come assorbitore elettromagnetico. Allo stesso tempo, la compatibilità con la stampa 3D consente la realizzazione di geometrie complesse e a basso costo, sfruttando appieno le potenzialità della manifattura additiva.
Al fine di validare i risultati ottenuti dall’analisi teorica e dalle simulazioni elettromagnetiche, è stato realizzato un prototipo della soluzione progettuale con le migliori prestazioni. Successivamente è stato caratterizzato sperimentalmente attraverso una opportuna campagna di misure. I risultati sperimentali ottenuti hanno dimostrato la correttezza dell’approccio di progettazione adottato e la validità teorica del modello sviluppato, rendendo la soluzione proposta di interesse per applicazioni quali la riduzione della riflettività elettromagnetica, la compatibilità elettromagnetica (EMC), il contenimento delle interferenze, nonché per sistemi radar e piattaforme in cui siano richiesti materiali radar-assorbenti a banda ultra larga, compatti, leggeri e realizzabili mediante tecnologie di fabbricazione a basso costo.