자화 플라즈마에서의 마이크로웨이브 컷오프 프로브 투과스펙트럼 특성 분석 = Analysis of the Microwave Cutoff Probe Transmission Spectrum in Magnetized Plasmas

국문 초록 (Abstract)

본 연구에서는 자화플라즈마(magnetized plasma) 환경에서 마이크 로웨이브 컷오프 프로브(microwave cutoff probe)의 측정 특성이 어 떻게 변화하는지를 정량적으로 규명하고자 하였다. 특히 컷오프 프 로브의 두 안테나(송신–수신 팁) 사이를 따라 전파되는 전기장의 진행 방향과, 플라즈마에 인가되는 외부 자기장의 세기 및 방향(0° –90°)이 투과 스펙트럼과 컷오프 주파수에 미치는 영향을 컷오프 프로브 구조에 따른 변화에 따른 계산 및 분석을 하였다. 이를 위해 전자기장 해석 시뮬레이션인 CST Microwave Studio를 활용하여, 자화 조건에 따른 플라즈마의 유전율 텐서 변화에 따른 컷오프 주 파수의 특징을 분석하였다. 시뮬레이션에서는 자기장 세기(50–200 Gauss), 자기장과 프로브 축 사이의 상대 각도, 그리고 구조적 파라미터(팁의 길이 간격, 구조 등)를 변화시키며 투과 계수(S21) 스펙트럼을 도출하였고, 이를 통 해 실제 컷오프 프로브가 비등방성 매질(anisotropy)인 자화플라즈 마에서 나타내는 주파수 천이 정도를 비교 분석하였다. 또한 자화플 라즈마에서 플라즈마 유전율이 스칼라가 아닌 비등방성 텐서로 기 술됨에 따라, X-wave 및 O-wave와 같은 모드별 전파 특성과 cutoff 조건이 어떻게 달라지는지 이론 모델과 시뮬레이션 결과를 연계하여 고찰하였다. 본 연구의 분석 결과는 자화된 공정 플라즈마 및 전자기장 기반 플 라즈마 진단 장치 설계 시, 컷오프 프로브의 전파 방향성과 자기장 조건이 cutoff 주파수 측정 정확도에 미치는 영향을 분석하여 자화 플라즈마에서 마이크로웨이브 컷오프 탐침 구조의 가이드라인을 제 시하는데 기여할 것으로 기대된다.

목차 (Table of Contents)

• 제1장 서 론 1
• 제2장 이론적 배경 3
• 2.1 컷오프 탐침법 3
• 2.2 자화플라즈마에서 플라즈마 유전율 변화와 컷오프 주파수 이동 7
• 2.2.1 자화플라즈마 유전율과 싸이클론 주파수 7
• 2.2.2 자화 플라즈마의 유전율 텐서(gyrotropic dielectric tensor) 7
• 2.2.3 컷오프 탐침에서의 전기장-자기장 방향 관계 8
• 2.2.4 자화플라즈마에서의 컷오프 주파수 회로모델 계산 10
• 제3장 실험 방법 및 결과 해석 14
• 3.1 실험 설정 14
• 3.2 자화플라즈마에서의 외부자기장 방향 및 세기에 따른 컷오프 프로브 컷오프 주파수 천이 비교 및 분석 17
• 3.3 Square type 컷오프 프로브 팁사이 간격과 팁 길이에 따른 자기장 세기 및 방향에 따른 시뮬레이션 결과 23
• 제4장 결 론 32
• 참 고 문 헌 33
• ABSTRACT 36