[논문]X-대역 응용을 위한 광대역 전파 흡수체 설계

홍영택; 정구호; 최재훈

doi:10.5515/kjkiees.2017.28.9.749

초록
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본 논문에서는 X-대역(8~12 GHz) 응용을 위한 광대역 전파 흡수체를 제안하였다. 제안된 흡수체 unit cell 구조는 슬롯과 슬릿을 포함하는 공진기, 뒷면의 도체판, $8.5{\times}8.5{\times}0.5mm^3$의 크기를 갖는 Taconic RF-30(${\varepsilon}_r=3$, $tan{\delta}=0.0014$) 기판으로 이루어져 있다. 제안된 흡수체는 9.83 GHz와 10.37 GHz에서 공진이 발생하는 이중 공진 특성을 갖는다. 제안된 흡수체 구조의 동작 원리를 검증하기 위하여 각각의 공진주파수에서 unit cell 구조의 표면 전류 분포를 분석하였다. 제안된 흡수체의 성능을 확인하기 위하여 $20{\times}20$개의 unit cell 배열 시제품을 제작하였다. 측정 결과, 최대 흡수율을 갖는 지점에서 모두 99 % 이상의 흡수율이 측정되었으며, 측정된 full-width at half-maximum(FWHM) 대역폭은 1.1 GHz(9.51~10.61 GHz)이다.

Abstract ▼ AI-Helper

In this paper, a wideband microwave absorber for X-band(8~12 GHz) applications is proposed. The structure of the proposed absorber unit cell consists of a resonator with a slot and slit, a backing ground plate, and a Taconic RF-30(${\varepsilon}_r=3$, $tan{\delta}=0.0014$) subs...

In this paper, a wideband microwave absorber for X-band(8~12 GHz) applications is proposed. The structure of the proposed absorber unit cell consists of a resonator with a slot and slit, a backing ground plate, and a Taconic RF-30(${\varepsilon}_r=3$, $tan{\delta}=0.0014$) substrate with a dimension of $8.5{\times}8.5{\times}0.5mm^3$. The proposed absorber has a dual resonance at 9.83 and 10.37 GHz. To demonstrate the operating principle of the proposed absorber structure at each resonance frequency, the simulated current distributions on the unit cell are analyzed. To verify the performance of the proposed absorber, a prototype absorber was fabricated with a planar array of $20{\times}20$ unit cells. The measured results exhibit two absorptivity peaks stronger than 99 % and full-width at half-maximum(FWHM) bandwidth of 1.1 GHz(9.51~10.61 GHz).

Keyword

AI 본문요약
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문제 정의

본 논문에서는 이중 공진 특성을 이용하여 X-대역(8～ 12 GHz) 내에서 광대역 특성을 갖는 평면형 전파흡수체를 제안하였다. 제안된 흡수체 구조는 9.

제안 방법

본 논문에서는 이중 공진 특성을 이용하여 X-대역(8～ 12 GHz) 내에서 광대역 특성을 갖는 평면형 전파흡수체를 제안하였다. 제안된 흡수체 구조는 9.83 GHz와 10.37 GHz에서 각기 다른 공진 특성을 가지며, 파라미터 분석을 통해 공진 주파수를 최적화하였다. 광대역 흡수 특성을 얻기 위해서는 두 개의 공진 모드가 높은 흡수특성을 유지하며, 적절히 결합되어야 한다.
7 GHz)이다. 제안된 흡수체의 성능을 검증하기 위해 시제품을 제작하고, 벡터 네트워크 아날라이져와 WR-90 규격의 X-대역혼 안테나를 이용해 흡수체의 반사계수를 측정하였다. 측정된 반사계수를 이용하여 계산된 흡수체 시제품의 최대 흡수율은 9.

대상 데이터

제안된 흡수체는 그림 1(a)에 확대되어 표시된 unit-cell 구조가 주기적으로 배열되어 있는 형태이다. 흡 수체 unit-cell 구조는 8.5×8.5×0.5 mm³의 크기를 가지며, Taconic사의 RF-30 (εr=3, tanδ= 0.0014) 기판을 이용하여 설계되었다. 기판의 아래면은 8.

이론/모형

그림 1(b)는 제안된 흡수체의 unit cell 구조를 이용한 시뮬레이션 환경을 나타낸다. 시뮬레이션은 ANSYS사의 HFSS를 이용하여 수행했으며 흡수체가 주기적으로 배열된 경우를 분석하기 위하여 Floquet-port 급전방식과 주기 경계 조건(Periodic Boundary Conditions:PBC)을 이용하였다^[14] .

성능/효과

제안된 흡수체의 성능을 검증하기 위해 시제품을 제작하고, 벡터 네트워크 아날라이져와 WR-90 규격의 X-대역혼 안테나를 이용해 흡수체의 반사계수를 측정하였다. 측정된 반사계수를 이용하여 계산된 흡수체 시제품의 최대 흡수율은 9.88 GHz에서 99.6 %이고, 10.33 GHz에서 99.8 %이다. 제안된 X-대역 흡수체는 비행체의 스텔스 기술 구현 등 다양한 X-대역 응용분야에 활용 가능할 것으로 사료된다.

후속연구

8 %이다. 제안된 X-대역 흡수체는 비행체의 스텔스 기술 구현 등 다양한 X-대역 응용분야에 활용 가능할 것으로 사료된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	X-대역 응용을 위한 광대역 전파 흡수체의 구조 및 시뮬레이션 환경에서 전체적인 공진주 파수를 고주파대역으로 이동시켰는가?	2. 직사각형 슬릿을 적절히 추가하여 전체적인 공진주 파수를 고주파대역으로 이동시킴.
	10GHz 대역에서 흡수체 성능을 최적화한 방법은?	3. 직각삼각형 슬릿을 추가하고 슬롯과 슬릿의 크기를 조절하여 10 GHz 대역에서 흡수체 성능을 최적화함.
	X대역 응용을 위한 광대역 전파 흡수체 구조가 설계된 과정을 단계별로 나타내시오.	1. Prototype 이중 공진 흡수체로 원형 슬롯 2개만 있는 구조를 설계함. 2. 직사각형 슬릿을 적절히 추가하여 전체적인 공진주 파수를 고주파대역으로 이동시킴. 3. 직각삼각형 슬릿을 추가하고 슬롯과 슬릿의 크기를 조절하여 10 GHz 대역에서 흡수체 성능을 최적화함.

참고문헌 (14)

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B. K. Chung, H. T. Chuah, "Modeling of RF absorber for application in the design of anechoic chamber", Prog. Electromagn. Res. 43, pp. 273-285, 2003.

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원문보기 상세보기
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S. Bhattacharyya, K. Srivastava, "Triple band polarization-independent ultra-thin metamaterial absorber using electric field-driven LC resonator", J. Appl. Phys., vol 114, no. 9, pp. 508-515, Jul. 1995.
Y. Liu, F. D. Flaviis, and N. G. Alexopoulos, "A thin X-band microwave absorber using a center shorted spiral medium", IEEE Antennas Wireless Propag. Lett., vol. 8, pp. 271-274, 2009.

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HFSS : High Frequency Structure Simulator based on the Finite Element Method, v.15.0.0, ANSYS Inc.

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