Bahan Penyerap Gelombang RADAR dalam Teknologi Selinap Dunia Ketenteraan

Oleh: Siti Najihah Darahim, Nur Syahera Sobri, Dr. Ismayadi Ismail
Institut Teknologi Maju (ITMA)
Universiti Putra Malaysia

Bagaimanakah Bahan Penyerap Radar Digunakan?

Teknologi Pengesanan dan Penjulatan Radio (Radio Detection and Ranging) atau radar telah diguna pakai sejak awal abad ke-20. Radar digunakan untuk mengesan objek melalui pantulan gelombang radio yang dipancarkan kepada sasaran (rujuk Gambar 1). Namun, radar juga memberikan kelemahan kepada unit ketenteraan kerana pihak musuh boleh mengesan keberadaan target dengan menggunakan teknologi yang sama. Oleh itu, teknologi selinap (stealth technology) telah diperkenalkan dengan mengurangkan keratan rentas radar (Radar Cross Section) melalui rekabentuk dan bahan penyerap radar (radar absorbent materials). Artikel ini akan memfokuskan perkembangan bahan yang digunakan dalam menyerap gelombang elektromagnetik pada frekuensi radar dengan lebih lanjut.

Pada 1936, Belanda telah mencipta bahan penyerap radar pertama yang mempunyai resonans gelombang elektromagnetik sukuan (electromagnetic quarter-wave resonance) pada frekuensi 2 GHz. Bahan penyerap pertama ini dihasilkan daripada karbon and titanium oksida, TiO untuk mencapai kadar lesapan (dissipation) dan pemalar dielektrik (dielectric constant) yang tinggi. Menjelang Perang Dunia Kedua (1939 hingga 1945), negara Jerman dan Amerika Syarikat telah mencipta dua instrumentasi bahan penyerap radar yang berbeza. Strategi ketenteraan teknologi selinap oleh Jerman memfokuskan radar samaran dengan merekacipta bahan Wesch dan penyerap Jaumann untuk meningkatkan resonans kepada 3GHz dan merendahkan pekali pantulan (reflection coefficient) kurang daripada 20 dB. Pada masa yang sama, Amerika Syarikat pula memperkenalkan HARP (Halpern-anti-radar-paint) untuk mengurangkan pantulan resonans sebanyak 15 hingga 20 dB.

Pada tahun 1960, kajian tentang penggunaan bahan magnetik dalam penyerapan radar semakin meningkat. Kebiasaannya, ferit digunakan sebagai bahan asas magnet dalam penyerapan radar yang mempunyai pekali pantulan dan frekuensi yang sangat rendah. Modifikasi ferit membolehkan bahan penyerapan radar beroperasi pada frekuensi yang lebih tinggi dengan efisien. Evolusi bahan penyerap terus berkembang dengan pelbagai modifikasi termasuklah penerapan bahan secara berbilang lapis (bahan penyerap Jaumann), skrin Salisbury, bahan penyerap radar berlitar analog, magnetik dan penggunaan sifat khi (chiral property) dalam bahan penyerap. Kajian terhadap modifikasi bahan penyerap sangat penting bagi meningkatkan keupayaannya untuk berfungsi dalam pelbagai aplikasi penggunaan.

Mekanisma Kehilangan bagi Bahan Penyerap Radar Magnetik

Bahan penyerap radar magnetik beroperasi dengan satu mekanisma yang disebut “Mekanisma Kehilangan” (Loss Mechanism). Mekanisma kehilangan dari bahan terbahagi kepada dua aspek utama iaitu kehilangan magnetik (magnetic loss) dan kehilangan dieletrik (dielectric loss). Kehilangan magnetik terjadi disebabkan oleh pergerakan dinding domain, resonans spin, kehilangan arus pusar (eddy current loss), dan kehilangan histeresis. Pergerakan dinding domain dipengaruhi oleh medan magnet yang dihasilkan oleh gelombang elektromagnet. Dinding domain terhasil apabila berlakunya peralihan momen magnet (rujuk Gambar 2). Apabila gelombang elektromagnet bergerak ke arah positif, dinding domain juga akan bergerak ke arah positif. Begitu juga sebaliknya. Penukaran arah pergerakan dinding domain ini memerlukan daya anisotropi iaitu daya yang menentang geseran yang terhasil dari gelombang elektromagnetik menyebabkan kehilangan tenaga berlaku. Resonans spin pula terhasil melalui dua cara iaitu liukan (precession) dan spin (rujuk Gambar 3). Apabila gelombang elektromagnetik dikenakan pada bahan, atom-atom dalam bahan akan memegang momen magnet dengan suatu daya putaran. Daya ini terhasil daripada arus teraruh yang disebabkan oleh perubahan medan magnet. Dalam keadaan resonans, momen magnet yang dipegang oleh atom tadi akan berputar dengan sudut bukaan lebih besar sehingga kehilangan tenaga kemudian akan kembali ke kedudukan asal. Perubahan sudut putaran ini menyebabkan berlakunya perubahan tenaga.

Umumnya, gelombang elektromagnetik yang dikenakan pada sesuatu bahan akan menghasilkan medan magnet kemudian disusuli dengan arus aruhan. Perubahan arus aruhan atau dipanggil arus pusar dalam bahan tersebut berlaku disebabkan oleh perubahan pada medan magnet menepati hukum Faraday. Menurut hukum Lenz pula, arus pusar ini kemudiannya menghasilkan medan magnet teraruh yang bertentangan dengan medan yang dikenakan. Proses ini akan menghasilkan haba yang menyebabkan kehilangan arus pusar.

Kehilangan histeresis ialah kehilangan haba yang disebabkan oleh sifat magnetik bahan. Sifat bahan tersebut menentukan seberapa banyak kehilangan histeresis dan proses ini dapat dilihat melalui gelung histeresis (Hysteresis loop) (rujuk Gambar 4). Daya paksa (Coercive force) adalah daya magnet,   yang diukur apabila sisa medan magnet (Residual magnetic flux),   berkurang kepada sifar. Lebih besar daya paksa, maka lebih banyak kehilangan histeris berlaku. Kesannya, bahan tersebut mempunyai keupayaan yang tinggi untuk mengekalkan medan magnet.

Kehilangan dielektrik pula merujuk kepada pelesapan tenaga melalui pergerakan cas dalam bahan yang disebabkan oleh medan elektromagnetik ketika polarisasi beralih arah. Polarisasi terjadi apabila cas-cas dengan pelbagai arah beralih kepada satu arah yang sama selepas medan magnet teraruh dikenakan kepadanya. Pergerakan cas tersebut mengakibatkan kehilangan tenaga dalam bentuk haba. Keupayaan pelesapan tenaga itu bergantung kepada pemalar dielektrik sesuatu bahan. Secara umumnya, apabila frekuensi elektromagnetik yang dikenakan pada bahan mempunyai nilai yang tinggi, maka pelesapan tenaga berlaku adalah sedikit.

Kesimpulannya, penggunaan bahan penyerap radar dalam teknologi selinap dapat menyerap pancaran gelombang elektromagnetik yang dikenakan kepadanya dan menukar gelombang tersebut kepada tenaga haba melalui mekanisma kehilangan. Maka, penerima radar (Radar receiver) tidak dapat menerima isyarat pantulan sepenuhnya daripada bahan tersebut dan hanya dikesan sebagai hingar elektronik. Oleh itu, kajian yang lebih mendalam terhadap bahan penyerap radar diperlukan untuk meningkatkan kualiti teknologi selinap bagi tujuan ketenteraan.