In this thesis, efficient methods for estimating the electromagnetic properties of multiple wire-type scatterers are developed and validated. Firstly, we proposed the hybrid method combined the Foldy-Lax equation with the MoM under the assumption that identical scatterers have arbitrary directions. This method is geometry based method, and then it requires the exact position and orientation of wire-type scatterers. For verification, measurement models were fabricated and measured. Compared to the results of the measurement, the results of the proposed method showed good accuracy. Proposed hybrid method can be applicable to RCS calculation for not only wire scatterers but also multiple scatterers with any identical shape. For statistic based method, we propose the generalized equivalent (GEC) method which considers the multiple wire-type scatterers as an effective medium. The GEC method requires only the density and the orientation distribution (mean and standard deviation) of the wire scatterers are needed. In addition, the scattered wave is then calculated from this effective medium. Therefore, fast computation becomes possible for estimating electromagnetic properties of multiple wire-type scatterers. The proposed GEC method is verified through comparison with the effective permittivity by measurement and established references. We demonstrate that the GEC method achieves good accuracy with a very low computation burden. The proposed hybrid method and GEC method are applied to estimate the RCS of chaff cloud and electromagnetic properties of 2D fiber composites.
많은 분야에서 전도성이 크며, 전기적으로 작고, 얇은 전선형 산란체들로 구성된 화합물 형태의 인공적인 물질에 대한 연구가 진행되고 있다. 다수의 전선형 산란체는 산란체의 밀도, 종횡비, 길이, 도전율과 배경물질의 매질에 따라 다양한 분산 특성을 가지기 때문에 다양한 응용분야에 사용된다. 이러한 다수의 전선형 산란체의 전자기 특성을 예측하는데 있어 가장 큰 어려운 점은 개별 산란체는 파장과 비슷한 크기를 가지지만, 산란체의 개수가 매우 많거나 해석 영역이 파장에 비해 매우 크다는 점이다. 일반적으로 산란체의 크기가 작기 때문에 저주파 산란해석 기법을 이용하면 되지만, 산란체 개수가 수백 개 이상이 되면 요구되는 계산시간과 컴퓨터 메모리의 제한 때문에 저주파 산란해석 기법만으로는 해석에 어려움이 존재한다.
본 논문에서는 이러한 문제점 때문에 다수의 전선형 산란체에 의한 산란해석을 위하여 기하학 (geometry) 기반의 하이브리드 (hybrid) 방법과 통계적 기반의 GEC (generalized equivalent conductor) 방법을 제안하였다. 제안한 하이브리드 방법은 개별 산란체의 산란해석을 위해 모멘트법 (MoM)을 사용하고, 산란체간 다중산란을 계산하기 위해 Foldy-Lax 방정식을 사용하여 결합하였다. 하이브리드 방법의 검증을 위하여 측정모델을 제작하고 RCS 측정을 수행하였으며, 하이브리드 방법의 결과는 측정결과와 모멘트법의 결과와 잘 일치하였다. 또한, 기존 모멘트법의 해석시간과 요구되는 메모리를 비교하였을 때 빠른 해석시간과 적은 메모리를 요구하였다.
통계적 기반의 방법으로 제안한 GEC방법은 다수의 전선형 산란체의 밀도와 방향분포를 입력받아 유효 유전율을 계산하고, 다수의 전선형 산란체 집합을 유효 유전율을 가진 유효물질 등가화하여 이로부터 산란파와 RCS를 계산하는 방법이다. GEC방법의 검증을 위해 기존의 논문결과와 방향분포에 따라 제작된 측정모델의 유효유전율을 비교하였다. 이 방법은 모든 산란체들을 하나의 유효물질로 등가화하기 때문에 빠른 계산시간을 가지는 것이 가장 큰 특징이다.
제안한 하이브리드 방법과 GEC 방법을 레이더 대항책 중 하나인 chaff 구름에 적용하여, 전투기나 함정이 뿌리는 chaff에 의한 chaff 구름의 시간에 따른 RCS를 예측하고 분석하였다. 또한, 제안한 GEC 방법을 2차원 금속섬유 복합재료에 적용하여, 복합재료의 금속섬유 방향분포에 따른 유효유전율의 변화를 예측하였다. 계산된 결과는 Lorentz 모델을 사용하여 방향분포에 따른 영향을 분석하였다.
