[논문]가장자리 효과가 고려된 임의의 기복을 가진 완전도체 표면에서의 전자파 산란

최동묵; 김채영

[국내논문] 가장자리 효과가 고려된 임의의 기복을 가진 완전도체 표면에서의 전자파 산란
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본 논문은 임의 형태의 기복을 가진 완전 도체 표면에서 산란된 장을 모멘트 방법에 의해 구하였다. 디지털 컴퓨터를 이용하여 통계적인 특성이 알려진 임의 형태의 기복을 가진 1차원 표면을 생성하였다. 계산에 사용된 표면의 수는 100개였고, 표면의 길이는 80 파장이었다. 표면의 양끝에서 생기는 가장자리 효과를 없애기 위해 가우시안 테이퍼 함수를 사용하였다. 그리고 몬테칼로 기법을 이용하여 양방향 산란계수와 역방향 산란계수를 구하였다. 계산된 결과의 타당성을 검증하기 위해 키르히호프 근사기법을 이용하여 계산된 결과와 비교하였다. 그 결과 양자간의 결과는 서로 잘 일치함을 알 수 있었다.

In this paper, rile scattered field from a random rough perfectly conducting surface by method of moment(MoM) was computed. A one-dimensional random rough surface predetermined statistical properties was generated by a digital computer. The number of surface realization for the computed field and the width of surface realization are set to be 100, 80 λ, respectively. To eliminate the scattering from the ends of the surface, the Gaussian taper function is used. Using Monte Carlo technique, we calculated hi-static scattering and back scattering coefficient. In order to verify the result by MoM we compare the MoM results with those of Kirchhoff approximations, which show good agreement between them.

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문제 정의

그 결과 양자간의 결과는 서로 잘 일치하였다. 본 논문의 결과는 임의의 거칠기를 가진 지표면, 바다 표면의 해석에 도움을 주리라고 생각된다.

가설 설정

는 같은 통계량을 가지지만, 서로 다른 표면이다. 임의 형태의 기복을 가지는 표면 f(x)에 의한 전자파의 산란에 관한 기본 가정은 해석하고자 하는 표면의 특성이 에르고딕(ergodic)이라는 것이다다. 즉 이 표면의 공간적인(spatial) 평균과 앙상블(ensemble) 평균이 같다는 것이다.

제안 방법

자연적으로 형성된 표면에 의한 전자파의 산란을 해석하는데 가장 많이 이용하는 수치적인 방법은 모멘트 방법 (Moment Method)이다^[3]. 본 논문에서는 모멘트 방법을 이용하여 임의 형태의 기복을 가진 완전 도체 표면에 의한 양방향(bi-static) 산란계수와 역방향(Back) 산란계수을 계산하였다. 그리고 모멘트방법에 의한 수치적 결과의 타당성을 확인하기 위해 키르히호프 근사 방법에 의한 해와 비교하였다.
표면의 에르고딕 성질에 의하여, 임의로 선택된 한 개의 샘플표면에 존재하는 N개의 조각에 의한 원거리에서의 산란된 장의 평균은 서로 다른 N개의 샘플표면에서 동일한 조각을 선택한 표면에 의해 생성된 산란된 필드 양의 평균과 같다는 것이다. 본 논문에서는 후자를 이용하여 산란된 장을 구하였다. 임의 형태의 기복을 가진 전자파의 산란문제를 해석하기 위한 구조가 그림 3이다.
본 논문에서는 L = 80λ으로 하고 표면의 개수 N은 100으로 하여 σ(θ)를 계산하였다. 모멘트 방법을 이용하여 계산된 σ(θ)값의 타당성을 확인하기 위하여 키르히호프 근사에 의해 계산된 σ(θ) 값과 비교하였다. 이 방법에 의한 근사값 σ(θ)는 코히어런트(Coherent) 부분과 비 코히어런트(Non-coherent) 부분으로 나누어진다.

대상 데이터

가장자리 효과(Edge effect)를 줄이기 위해 가우시안 테이퍼 함수를 적용하였다. 입사파의 편파로는 수평편파(TE)와 수직편파(TM)를 사용하였고 모멘트방법을 사용하였다. 계산된 수치해의 타당성을 검증하기 위해 키르히호프 근사에 의해 구한 값과 비교하였다.

데이터처리

본 논문에서는 모멘트 방법을 이용하여 임의 형태의 기복을 가진 완전 도체 표면에 의한 양방향(bi-static) 산란계수와 역방향(Back) 산란계수을 계산하였다. 그리고 모멘트방법에 의한 수치적 결과의 타당성을 확인하기 위해 키르히호프 근사 방법에 의한 해와 비교하였다. 그 결과 모멘트 방법에 의한 수치적인 결과는 타당함을 알 수 있었다.
입사파의 편파로는 수평편파(TE)와 수직편파(TM)를 사용하였고 모멘트방법을 사용하였다. 계산된 수치해의 타당성을 검증하기 위해 키르히호프 근사에 의해 구한 값과 비교하였다. 그 결과 양자간의 결과는 서로 잘 일치하였다.

이론/모형

본 논문에서는 몬테칼로 기법을 이용하여, 양방향 산란계수와 역방향 산란계수를 계산하였다. 가장자리 효과(Edge effect)를 줄이기 위해 가우시안 테이퍼 함수를 적용하였다.
가장자리 효과(Edge effect)를 줄이기 위해 가우시안 테이퍼 함수를 적용하였다. 입사파의 편파로는 수평편파(TE)와 수직편파(TM)를 사용하였고 모멘트방법을 사용하였다.

성능/효과

그리고 모멘트방법에 의한 수치적 결과의 타당성을 확인하기 위해 키르히호프 근사 방법에 의한 해와 비교하였다. 그 결과 모멘트 방법에 의한 수치적인 결과는 타당함을 알 수 있었다.
그림 6은 h를 가변시켰을 때 양방향 σ의 패턴을 보여주고 있다. 예측한대로 h값이 커질수록 코히어런트 성분의 크기는 감소하고 비 코히어런트 성분은 감소함을 알 수 있다 h값이 어느정도 커지면 코히어런트 성분은 소멸됨을 예측할 수가 있다. 다음은 역방향 산란계수에 대해 고찰하고자 한다.
그림7, 8는 입사각을 0°에서 40°로 가변시켜 가면서 구한 역방향 산란계수를 보여주고 있다. 모멘트 방법에 의해 구한 값과 키르히호프 근사에 의한 값은 비교적 잘 일치함을 알 수 있다. 수직입사에 의한 성분을 코히어런드 성분이라고 하고, 그 이외의 부분을 비 코히어런트 성분이라고 한다.

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