변조된 요철의 전자파 산란 해석

Abstract

평판형 및 원통형 도체의 표면에 비주기적인 요철(corrugations)이 존재하는 구조에 평면파(plane wave)가 입사할 때 전자파 산란 특성을 이론적 해석기법인 모드 정합법을 기반으로 해석하였다. 모드 정합법은 모드가 정의되는 전자기 경계치 문제를 해결하는 데에 있어서 정통적으로 사용되어 왔으며, 해석 방법은 다음과 같다. 경계면을 기준으로 영역을 분할한 뒤에 벡터 퍼텐셜(vector potentials)을 이용하여 각 영역에서 전자기장을 정의한다. 특히, 닫힌 영역에서는 고유함수 전개(eigenfunction expansion)와 중첩원리(superposition principle)를, 열린 영역에서는 푸리에 변환(Fourier transform)을 이용하여 전자기장을 표현한다. 정의된 전자기장은 경계조건을 만족해야 한다. 다시 말해서, 전자기장의 접선 성분은 경계면에서 연속해야 한다. 전기장의 연속성과 적분 변환을 이용하여 연속 모드 계수를 이산 모드 계수의 급수 형태로 표현하고, 자기장의 연속성과 고유함수의 직교성(orthogonality)을 이용하여 이산 모드 계수에 대한 연립방정식을 유도한다. 행렬 연산을 통하여 이산 모드 계수를 계산할 수 있으며, 계산된 이산 모드 계수로 전자기장을 계산하고 산란 특성을 분석한다. 본 논문에서는 전자파 산란 특성을 분석하기 위해 레이더 반사 면적(RCS: radar cross section)을 이산 모드 계수의 급수 형태로 유도하고 계산하였으며, 근접장에서의 시평균 포인팅 벡터(time-averaged Poynting vector) 또한 계산하였다. 계산 결과의 유효성을 검증하기 위해 계산 결과를 상용 전자기 해석 툴인 CST Microwave Studio 또는 FEKO의 시뮬레이션 결과와 비교하였으며, 전반적으로 일치함을 확인하였다. 본 논문에서 제시한 엄밀해는 상용 전자기 해석 툴에 비해 시간 측면에서 효율적이다. 또한, 무한한 주기 구조에만 적용할 수 있는 플로케 정리(Floquet theorem)의 단점을 완화할 수 있다. 끝으로, 본 논문에서는 요철의 규격과 배치에 따라 레이더 반사 면적이 감소할 수 있다는 가능성을 확인하였기 때문에 반사 감소 연구에 활용될 수 있을 것으로 기대된다.