본 논문에서는 국방과학의 RF스텔스 구현을 위해 필요한 RCS 감소용 RAM의 전파흡수능 측정기법에 대하여 연구하였다. 먼저 RAM의 전파흡수능에 대한 이론 정립 후 측정기법에 대하여 실제 레이더 시스템과 유사한 자유공간법과 실험실에서 용이한 전송선로법을 분석하여 실제 RAM 샘플을 제작하여 측정기법에 따라 측정후 비교 분석하였다. 비교 분석결과 전파흡수능은 자유공간법에서 다소 우수한 특성이 보였으나 전체적인 패턴이 유사한 것을 확인하였다. 따라서 RAM 개발시 초기단계부터 최종단계까지 단계별/주파수별 제시하는 측정기법을 차등 적용한다면 보다 효과적으로 RAM을 개발 할 수 있을 것이다.
본 논문에서는 국방과학의 RF 스텔스 구현을 위해 필요한 RCS 감소용 RAM의 전파흡수능 측정기법에 대하여 연구하였다. 먼저 RAM의 전파흡수능에 대한 이론 정립 후 측정기법에 대하여 실제 레이더 시스템과 유사한 자유공간법과 실험실에서 용이한 전송선로법을 분석하여 실제 RAM 샘플을 제작하여 측정기법에 따라 측정후 비교 분석하였다. 비교 분석결과 전파흡수능은 자유공간법에서 다소 우수한 특성이 보였으나 전체적인 패턴이 유사한 것을 확인하였다. 따라서 RAM 개발시 초기단계부터 최종단계까지 단계별/주파수별 제시하는 측정기법을 차등 적용한다면 보다 효과적으로 RAM을 개발 할 수 있을 것이다.
In this paper, measurement techniques of absorbing ability for a RAM were studied for RCS Reduction needed for materializing ADD's RF stealth. As for the measurement techniques of absorbing ability, the theories of the free space method, similar to real radar system, and transmission line method, su...
In this paper, measurement techniques of absorbing ability for a RAM were studied for RCS Reduction needed for materializing ADD's RF stealth. As for the measurement techniques of absorbing ability, the theories of the free space method, similar to real radar system, and transmission line method, suitable for lab scale, were established. And we made real RAM samples, measured absorbing ability according to each, and compared the results. After comparison, electromagnetic(EM) wave absorbing ability was measured to be somewhat superior in free space method and overall uniform pattern was observed. Therefore, by applying measurement techniques by stage and by frequency we could develop RAM in a more efficient way.
In this paper, measurement techniques of absorbing ability for a RAM were studied for RCS Reduction needed for materializing ADD's RF stealth. As for the measurement techniques of absorbing ability, the theories of the free space method, similar to real radar system, and transmission line method, suitable for lab scale, were established. And we made real RAM samples, measured absorbing ability according to each, and compared the results. After comparison, electromagnetic(EM) wave absorbing ability was measured to be somewhat superior in free space method and overall uniform pattern was observed. Therefore, by applying measurement techniques by stage and by frequency we could develop RAM in a more efficient way.
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제안 방법
본 논문에서는 RAM의 주재료는 카본을 사용하였으며, 바인더로서 CPE (chlorinated polyethylene)를 사용하였다. RAM 제작과정은 먼저 Mixer에서 카본과 CPE를 특정 조성비에서 혼합하고, 연구실에서 자체 제작한 Open Roller를 이용하여 70 ℃의 일정한 온도[9]에서 A 와 B 타입의 Sheet형 RAM 샘플을 제작하였다. 그림 6은 RAM 제작과정이다.
먼저, 자유공간법의 NRL Arch 시스템은 Arch에 신호 발생기와 두 개의 혼안테나, Spectrum Analyzer를 연결하여 측정하였다. RCS 시스템은 측정판과 두 개의 혼안테 나를 Network Analyzer에 연결하여 구현하였다.
도파관 샘플홀더는 기본 모드인 TE10 모드만이 전송[10]될 수 있도록 사이즈를 제작한 후 Network Analyzer에 직접 연결하였다. 각각의 측정 시스템은 측정 단계에서 적절한 Calibration 후에 S11 또는 S21을 측정하였다.
전송선로법의 동축관 샘플 홀더는 N형 커넥터에 연결되도록 제작하여 Network Analyzer에 직접 연결하였다. 도파관 샘플홀더는 기본 모드인 TE10 모드만이 전송[10]될 수 있도록 사이즈를 제작한 후 Network Analyzer에 직접 연결하였다. 각각의 측정 시스템은 측정 단계에서 적절한 Calibration 후에 S11 또는 S21을 측정하였다.
따라서 본 논문에서는 자유공간법과 전송선로법을 이론 정립 후 특성에 따라 한계점을 분석하였다. 그리고 실제 RAM 샘플을 제작하여 측정기법별 성능을 비교분석하여 동일한 효과를 얻을 수 있음을 확인하였으며 RAM 개발 초기단계에서 최종단계까지의 효과적인 측정기법을 제시하였다.
먼저, 자유공간법의 NRL Arch 시스템은 Arch에 신호 발생기와 두 개의 혼안테나, Spectrum Analyzer를 연결하여 측정하였다. RCS 시스템은 측정판과 두 개의 혼안테 나를 Network Analyzer에 연결하여 구현하였다.
본 논문에서는 실제 RAM 샘플을 제작하여 측정기법에 따라 전파흡수능을 측정 후 비교 분석하였다. 비교 분석결과 전파흡수능은 자유공간법이 다소 우수한 특성이 보였으나 전체적인 패턴이 유사한 것을 확인하였다.
대상 데이터
본 논문에서는 RAM의 주재료는 카본을 사용하였으며, 바인더로서 CPE (chlorinated polyethylene)를 사용하였다. RAM 제작과정은 먼저 Mixer에서 카본과 CPE를 특정 조성비에서 혼합하고, 연구실에서 자체 제작한 Open Roller를 이용하여 70 ℃의 일정한 온도[9]에서 A 와 B 타입의 Sheet형 RAM 샘플을 제작하였다.
이론/모형
다음으로 전송선로법인 도파관 샘플 홀더와 자유공간법인 NRL Arch법을 이용하여 B 타입 샘플의 전파흡수능을 75 ～ 95 GHz에서 측정하였다. 그림 10에 나타난바와 같이 도파관 샘플홀더를 이용한 경우, 85.
먼저, 전송선로법인 동축관 샘플홀더와 자유공간법인 RCS법을 이용하여 A 타입 샘플의 전파흡수능을 주파수 2 ～ 18 GHz 내에서 측정하였다. 그림 9에 나타난바와 같이 동축관 샘플홀더에서 측정한 경우, 전파흡수능 최대치는 12.
자체 제작된 RAM 샘플을 자유공간법인 NRL Arch법과 RCS법을 이용하여 그림 7과 같이 측정 시스템을 구현하고 전송선로법인 동축관 샘플홀더법과 도파관 샘플홀더법을 그림 8과 같이 구현하여 측정하였다.
성능/효과
따라서 본 논문에서는 자유공간법과 전송선로법을 이론 정립 후 특성에 따라 한계점을 분석하였다. 그리고 실제 RAM 샘플을 제작하여 측정기법별 성능을 비교분석하여 동일한 효과를 얻을 수 있음을 확인하였으며 RAM 개발 초기단계에서 최종단계까지의 효과적인 측정기법을 제시하였다.
따라서 기본모드인 TE10 모드가 도파관 전송될시 도파관 싸이즈 고려, 최대 110 GHz까지 전파흡수능이 측정 가능한 것으로 판단된다.
본 논문에서는 실제 RAM 샘플을 제작하여 측정기법에 따라 전파흡수능을 측정 후 비교 분석하였다. 비교 분석결과 전파흡수능은 자유공간법이 다소 우수한 특성이 보였으나 전체적인 패턴이 유사한 것을 확인하였다. 따라서 RAM 개발시 초기단계에서 주파수 18 GHz 이하의 주파수에서는 동축관 샘플 홀더법을 이용하여 측정하고, 18 GHz 이상의 주파수에서는 도파관 샘플 홀더법을 이용하여 측정하는 것이 타당하며, 최종단계에서는 자유공간상태를 유사하게 구현하는 자유공간법을 이용하여 특히, 고정된 틀 내에서 정밀하게 측정가능한 NRL Arch 법을 이용하여 측정하는 것이 보다 효과적으로 RAM을 개발 할 수 있을 것이다.
5 GHz에서 12 dB로 측정되었다. 자유공간법이 좀 더 우수한 전파흡수능이 측정되었으며, 동축관 샘플홀더에서 측정된 경우, 15 GHz이상의 주파수에서는 오차가 일부 포함된 것으로 판단되나 전반적인 패턴은 일치함을 알수 있다.
후속연구
비교 분석결과 전파흡수능은 자유공간법이 다소 우수한 특성이 보였으나 전체적인 패턴이 유사한 것을 확인하였다. 따라서 RAM 개발시 초기단계에서 주파수 18 GHz 이하의 주파수에서는 동축관 샘플 홀더법을 이용하여 측정하고, 18 GHz 이상의 주파수에서는 도파관 샘플 홀더법을 이용하여 측정하는 것이 타당하며, 최종단계에서는 자유공간상태를 유사하게 구현하는 자유공간법을 이용하여 특히, 고정된 틀 내에서 정밀하게 측정가능한 NRL Arch 법을 이용하여 측정하는 것이 보다 효과적으로 RAM을 개발 할 수 있을 것이다.
따라서 효과적인 RAM 샘플 개발시에 본 논문에서 제시하는 봐와 같이 표 1에 나타낸 측정법에 따른 주파수와 샘플 크기를 고려하여 단계별, 측정환경에 맞는 최적의 측정법을 선택할 필요가 있다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
레이더 반사 단면적을 최소화하는 전자파 기술의 두 가지 방법은 무엇인가?
레이더 반사 단면적을 최소화하는 전자파 기술은 두 가지의 방법으로 발전해 왔다. 그 중 하나는 플랫폼의 표면을 형상화 하는 것이며, 다른 하나는 전체적이나 부분적으로 표면에 RAM(Radar Absorbing Materials)을 붙이는 것이다[3].
스텔스 기술이란?
스텔스 기술이란 상대방의 탐지센서로부터 생존을 보장하기 위해 신호의 크기를 차단 또는 축소하는 기술로서 주요 위협신호 분야는 레이더, 적외선, 음향신호 등으로 이중에서도 레이더 반사 단면적(Radar Cross Section)을 최소화 하는 것이 핵심 기술로 알려져 있다 [1], [2].
대부분의 레이더 반사 단면적의 감소는 무엇으로부터 기인되는가?
대부분의 레이더 반사 단면적의 감소는 형상화로부터 기인되며, RAM을 필수불가결한 장소에 적용함으로써 레이더 반사 단면적을 더욱 최소화하는 역할을 수행한다[1].
참고문헌 (10)
David Lynch Jr., Introduction to RF STEALTH, Scitech, 2004.
Francisco Saez de Adanna et al., "Method Based on Physical Optics for the Computation of the Radar Cross Section Including Diffraction and Double Effects of Metallic and Absorbing Bodies Modeled With Parametric Surfaces," IEEE Trans. Aatennas Propagat., vol.52, no.12, pp.3295-3303, Dec. 2004.
Christopher L. Holloway et al., "Comparison of Electromagnetic Absorber Used in Anechoic and Semi-Anechoic Chambers for Emissions and Immunity Testing of Digital Devices," IEEE Trans. Electromag. Compat., vol.39, no.1, pp.33-47, Feb. 1997.
O. Hashimoto, Introduction to Wave Absorber, Morikita Shuppan, Tokyo, 1997.
IEICE Standard, Measurement Methods for Reflectivity of Electromagnetic Absorbers in Millimeter Wave Frequency, IEICE, 2005.
Carl H. Durney et al., RADIO- FREQUENCY RADIATION DOSIMETRY HANDBOOK, Forth-ed., Brooks Air Force Base, 1986.
Sang-Hyun Moon et al., "Development of composite Ba ferrite EM wave absorbers for GHz frequency," J. Korea Electromag. Engin. Soc., vol.14, no.12, pp. 1329-1334, Dec. 2003.
O. Hashimoto and Y. Shimizu, "A Measurement of the Complex Permittivity Tensor by a Standing-Wave Method in a Rectangular Waveguide," IEEE Trans. Electromag. Compat., vol. EMC-29, no.2, pp.141-149, May 1987.
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