Reflective Metasurface for Wide Angle Split with Highly Suppressed Specular Reflection = 정반사 억제성능이 우수한 광각 전파분할 메타표면

국문 초록 (Abstract)

차세대 무선통신에서는 고주파 대역을 활용하여 더 많은 데이터를 수용할 수 있고, 전송속도가 빨라지고 있다. 그러나 높은 주파수대역의 전자기파는 회절이 어려워 도심 건축물에 의해 전파의 진행이 차단되는 음영효과(shadowing)와 다중 경로로부터 발생하는 페이딩(fading)과 같은 현상을 통해 신호원에서 사용자에게 도달하는 전파를 방해하거나 신호의 품질을 저하시킨다.
이러한 문제점을 해결하기 위해 다양한 해결방식이 제시되고 있고, 그중 RIS와 같은 메타표면을 통한 연구가 활발하게 진행되고 있다. 메타표면은 메타물질의 2차원 구조 형태로 자연에서 발생하는 전자기적 특성과는 다른 특성을 구현할 수 있으며 동시에 부피가 작고 설계가 유연하다는 장점이 있다. 전파분할 메타표면은 기존 연구 들에서 ±15°~±45°의 분할범위 성능으로 보고되었으나 더 나은 개선을 위해서 더 넓은 분할각과 정반사 억제특성이 요구되고 있다.
본 논문에서는 Dogbone 형태의 구조를 활용하여 표면 위상을 제어하고 일반화된 스넬의 법칙에따라 1-bit 구조와 2-bit 구조로 설계하여 각 방식의 장단점을 확인하고, 이를 바탕으로 1-bit 구조이지만 유닛셀의 크기가 절반인 구조를 제안하였다. 제안하는 구조를 바탕으로 설계한 메타표면은 1-bit 구조의 문제점을 해결하고 정반사 억제특성을 개선하며 동시에 ±58°전파 분할각을 만족하였다. 기존의 메타표면과 비교하였을 때, 보다 넓은 전파분할각을 수립하였고 정반사 억제특성 또한 기존의 연구보다 개선되었다. 또한 5.8 GHz 인 ISM 주파수대역에서 설계된 만큼 도심 환경 속 통신장애를 해소하는데 기여 할 수 있을 것으로 판단된다. 추가로 bit 구조에 따른 정반사 억제특성을 연구한 내용을 기반으로 전투기 또는 무인기의 RCS를 감소하는 데 활용할 수 있을 것으로 기대된다.

목차 (Table of Contents)

• 1. Introduction 1
• 2. Generalized Snell's Law and grating equation 7
• 2.1 Snell's Law 8
• 2.2 Generalized Snell's Law 10
• 2.3 Grating equation 13
• 3. Beam-splitting metasurface design 15
• 3.1 1-bit beam-splitting metasurface design 15
• 3.2 2-bit beam-splitting metasurface design 26
• 3.3 Suggested beam-splitting metasurface design : 1-bit quarter grating period metasurface 35
• 4. Measurement and results 40
• 4.1 Experimental setup 40
• 4.2 De-embedding : Time gating 42
• 4.3 Results 45
• 4.4 Applications 49
• 5. Conclusion and future works 50
• Reference 51
• Abstract 54