Open Access System for Information Sharing

Login Library

 

Thesis
Cited 0 time in webofscience Cited 0 time in scopus
Metadata Downloads

전자기 펄스에 대한 반복적 물리 광학법 및 활용

Title
전자기 펄스에 대한 반복적 물리 광학법 및 활용
Authors
진희철
Date Issued
2014
Publisher
포항공과대학교
Abstract
본 논문에서는 전자기 산란, 차폐(침투), 방사에 관한 연구를 총 세 장에 걸쳐 논의한다. 1 장에서, 전자기 산란을 다룬다. 한 쪽은 뚫려 있고 다른 한 쪽은 막힌 공동 구조 에 의해 산란된 전자파를 해석하는 반복적 물리 공학법의 성능 향상을 위한 알고리즘 개선을 제안한다. 기존 반복적 물리 공학법은 반복 횟수가 고정되어 있다. 이 반복 횟수가 너무 작으면, 한쪽이 열려있는 공동 구조를 향해 입사하는 평면파의 입사각이 커질수록 구조의 레이더단면적의 정확도는 감소한다. 그 후 소개된 적응 반복적 물리 광학법-변화율은 기존 반복적 물리 공학법과 비교할 때 반복 횟수가 고정되어 있던 것이 상황에 따라 변화게 되어 있다. 이는 반복 횟수가 증가되어야 할 때 반복 횟수를 증가시킴으로써 정확도가 향상된 반면 계산 시간은 많이 증가된 단점을 가지고 있다. 본 논문에서는 기존 반복적 물리 공학법의 정확도를 향상시키면서 계산 시간의 효율성도 향상시킬 수 있는 새로운 알고리즘을 제안하고자 한다. 제안된 방법은 반복적 물리 광학법-이전 해 유지라 명명되며, 첫 입사각에 대한 해를 계산한 후 이 값을 가지고 있다가 다음 해를 계산할 때 초기값으로써 재활용 하는 것이다. 이를 통해 기존 방법과 비교해서 정확도와 효율성 모두 향상시킬 수 있었다. 2 장에서, 전자기 차폐 해석 및 설계에 대해 논의한다. 먼저 산란 해석에 적용되던 반복적 물리 광학법을 수정하여 임의의 공동 구조 내에 유입되는 필드를 예측하는 용도로 활용하고자 한다. 이는 광대역 신호를 포함한 외부 신호 등이 임의의 공동 구조를 향해 입사될 때 구조 내부에 침투한 필드의 양을 계산하여 구조 자체의 차폐율 또는 침투 효과를 예측할 수 있게 된다. 이를 위해 산란 해석에 활용되는 기존 반복적 물리 광학법을 수정한 수정된 반복적 물리 광학법을 살펴본다. 그 후 수정된 반복적 물리 광학법을 활용하여 계산한 필드 값의 정확도를 확인하기 위해 유한차분시간영역법을 이용해 계산한 값과 비교해본다. 다음으로 현대전은 과거 어느 때 보다 전자장비에 대한 의존성이 커지고 있고 이에 따라 전자장비에 대한 위협이 중요한 관심사가 되고 있다. 따라서 외부에서 발생하는 전자기파가 전자장비가 있는 구조물에 유입되는 양을 예측할 필요가 있다. 전기장 차폐 효과를 계산함으로써 다양한 슬롯을 가지는 공동 구조에 외부에서 유입되는 평면파의 유입 정도를 비교한다. 비교된 결과를 바탕으로 차폐 효과가 큰 슬롯의 구조를 제안한다 3 장에서, 전자기 방사에 대해 다룬다. 포물면 반사판 안테나는 낮은 방향성을 가지는 급전 안테나의 방향성을 향상시키기 위해 주로 사용되는 형태이다. 본 논문에서는 초점의 위치에 놓이게 되는 급전용 안테나가 초광대역 펄스를 전방향으로 방사하는 경우, 방향성을 높이기 위해 포물면 반사판 안테나를 결합하게 되는데, 이 경우 포물면 반사판 안테나를 어떻게 설계하여야 가장 높은 효율을 보일지에 대해 논의한다. 이 때, 포물면 반사판 안테나의 크기는 주어져 있다고 가정하다. 포물면 반사판 안테나의 최적 초점 위치를 얻기 위해 본 논문은 두 가지 조건을 제시한다. 먼저, 초점에서 방사되는 필드는 방사되는 순간 공간에서 퍼져 나갈 때 거리에 따라 필드의 크기가 감소하므로 초점의 위치는 포물면 반사판 안테나로부터 많이 멀지 않아야 한다. 두 번째, 포물면 반사판 안테나는 그것의 개구부 평면에서 형성되는 개구부 필드의 크기와 위상이 고를수록 높은 방향성을 가진다는 성격을 가지므로 초점에 놓인 급전용 안테나에 의해 형성되는 개구부 필드의 크기와 위상은 고르게 형성되도록 설계한다. 이 두 가지 조건을 가지고 포물면 반사판 안테나의 최적 초점을 해석적으로 계산한 결과 크기가 주어진 경우 최적 초점의 위치는 크기의 25%라는 결과를 얻을 수 있었다. 이 결과는 포물면 반사판 안테나를 맞고 다시 급전용 안테나로 향하는 필드가 급전용 안테나에 의해 산란되는 효과를 무시하였을 때 도출된 것이다. 하지만 급전용 안테나의 크기가 크면 이 현상을 완전히 무시하지는 못할 것이다. 위에서 얻은 결과를 통해 설계된 포물면 반사판 안테나에 대한 해석 결과 최고의 성능을 보여주는 결과와 큰 차이가 없었다(본 논문에서 설계된 원형 포물면 반사판 안테나의 경우 2%의 오차를 보인다.). 이러한 결과는 포물면 반사판 안테나의 최적 초점의 위치를 빠르게 해석적으로 얻을 수 있다는 것이고 또한 최적 설계를 위한 초기값으로써 의의가 있다고 할 수 있다.
This dissertation discusses a study on the electromagnetic scattering (chapter 1), shielding and penetration (chapter 2), and radiation (chapter 3). In chapter 1, we present the electromagnetic scattering problems. We propose an improved method of iterative physical optics (IPO) to analyze electromagnetic scattering by open-ended cavities. The traditional IPO method uses a fixed number of iterations
if this number is too small, the accuracy of the estimated monostatic radar cross section (RCS) of open-ended cavities degrades as the incident angle of the incident field increases. The recently-introduced adaptive iterative physical optics-change rate (AIPO-CR) method uses a variable number of iterations
compared to the IPO method, it predicts monostatic RCS more accurately, but requires more computation time. In this paper, a new algorithm is devised to improve both the monostatic RCS prediction accuracy of the IPO method, and the computational efficiency of the AIPO-CR method. The proposed method, iterative physical optics-retained previous solution (IPO-RPS), calculates the currents at one incident angle, then reuses them as the initial currents of iterations for the next incident angle. In simulations of the monostatic RCS for various open-ended cavities, the IPO-RPS method was more accurate than the traditional IPO method, and computationally more efficient than both the IPO and AIPO-CR methods. In chapter 2, we present the problems of electromagnetic shielding and penetration. The importance of the artificial electromagnetic pulse (EMP) penetration to destroy enemy’s electronic devices is increasing drastically in the modern war. The use of many electronic devices incites a possibility of danger for EMP. Now depending on many electronic devices, if they are malfunction or upset, we will lose eyes and ears in the electronic war. Therefore, it is necessary to predict the amount of the electric field coupled into a structure like an arbitrary open-ended cavity from external field. This chapter discusses the modification and application of the IPO algorithm for shielding analysis by apertures of an arbitrary open-ended cavity from external field. In addition, we propose the shielding design of apertures for blockage of external field penetration like EMP using CST MWS. We design various aperture shapes and compare each shielding effectiveness (SE) performance. After analyzing SE, we choose the best shape of various aperture shapes. In chapter 3, we discuss the electromagnetic radiation problem. A paraboloidal reflector antenna is useful for enhancing the directivity of a feed antenna with a low directivity. In this study, we investigate a paraboloidal reflector antenna that has an ultra-wide band (UWB) omnidirectional radiative source as the focal feed. To obtain the optimized focal length f for a given diameter D of the paraboloidal reflector antenna, we employ a simple relation between f and D, which can reduce the spreading loss of the source field while maintaining the aperture field uniformity. Simulation results show that the f values obtained from the above relation can maximize the far voltage–a well-known figure of merit for UWB applications.
URI
http://postech.dcollection.net/jsp/common/DcLoOrgPer.jsp?sItemId=000001675946
http://oasis.postech.ac.kr/handle/2014.oak/2172
Article Type
Thesis
Files in This Item:
There are no files associated with this item.

qr_code

  • mendeley

Items in DSpace are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.

Views & Downloads

Browse