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얇은 플라즈마 층의 전자기 해석을 위한 Subcell 맥스웰-볼츠만 유한 차분 시간 영역 기법
정인균(Inkyun Jung),김유나(Yuna Kim),홍용준(Yongjun Hong),육종관(Jong-Gwan Yook) 한국전자파학회 2015 한국전자파학회논문지 Vol.26 No.3
플라즈마의 전자기적 특성을 해석하는 데 전기적으로 얇은 플라즈마는 수치 해석하기 어렵다. 본 논문은 플라즈마를 해석할 수 있는 맥스웰-볼츠만 유한 차분 시간 영역(Finite-Difference Time-Domain: FDTD) 기법과 얇은 구조를 해석할 수 있는 subcell FDTD 기법을 결합한 subcell 맥스웰-볼츠만 FDTD 기법을 제안하였다. 제안한 기법의 정확성을 확인하기 위해 1차원 FDTD 기법을 이용하여 자유 공간-플라즈마-완전 도체에서 반사계수 및 흡수량 오차를 계산하였다. 제안한 기법을 이용했을 때 광대역에서 정확한 것을 확인하였고, 플라즈마가 3?y일 때 기존 기법보다 흡수량 오차가 1/10로 감소하는 것을 확인하였다. Analyzing electromagnetic properties in plasma medium, it is difficult to numerically solve electromagnetic problem with thin plasma. In this paper, subcell Maxwell-Boltzmann FDTD method was proposed which is combined with Maxwell-Boltzmann FDTD and subcell FDTD method for analyzing plasma and electrically thin materials, respectively. Calculations of reflection coefficient and absorption rate error were performed by using 1D FDTD method. Reflection coefficient computed by applying the proposed method is in agreement with analytic solution. Absorption rate error analyzed by employing the proposed method is 1/10 times less than one by using conventional method.
유체 모델을 이용한 유전체 장벽 방전 플라즈마와 전자기파 간의 시간 의존적 상호 작용 분석
김유나(Yuna Kim),오일영(Il-Young Oh),정인균(Inkyun Jung),홍용준(Yongjun Hong),육종관(Jong-Gwan Yook) 한국전자파학회 2014 한국전자파학회논문지 Vol.25 No.8
전자기파와 플라즈마의 상호 작용을 결정하는 주요 변수는 플라즈마 주파수와 충돌 주파수이며, 이 둘은 각각 전자 밀도와 전자 온도로부터 계산할 수 있다. 이 두 값은 플라즈마 발생기 종류에 따라 결정되는 시간 의존적인 변수이다. 기존의 전파 흡수 특성 연구에서는 수치 해석적 모형의 부재로 인하여 플라즈마의 시간적/ 공간적 변화를 간략화하거나, 상수로 가정하여 수행하였다. 본 연구에서는 플라즈마 유체 모델을 도입하여 얻어진 시간 의존적 변수 값을 전자기파 감쇠량 계산에 이용함으로써 해석의 정확도를 높이는 방식을 제안하였다. 해석 대상인 유전체 장벽 방전 플라즈마는 구조적인 단순함으로 인하여 1차원 분석만으로 플라즈마 분포의 시간적 변화를 반영할 수 있다. 본 논문은 한 주기 내에서 전자 밀도와 전자 온도를 추출하여 마이크로파 입사 시 시간적 흡수 특성 변화를 분석하였다. 또한, 전자 밀도와 전자 온도의 변화에 따라 감쇠량을 계산하여 감쇠 경향성을 분석하였다. In determining interaction between plasma and electromagnetic wave, plasma frequency and collision frequency are two key parameters. They are derived from electron density and temperature, which vary in an extremely wide range, depending on a plasma generator. Because the parameters are usually unknown, traditional researches have utilized simplified electron density model and constant electron temperature approximation. Introduction of plasma fluid model to electromagnetics is suggested to utilize relatively precise time dependent variables for given generator. Dielectric barrier discharge(DBD) generator is selected due to its simple geometry which allows us to use one dimensional analysis. Time dependent property is analyzed when microwave is launched toward parallel plate DBD plasma. Afterwards, attenuation tendency with the change of electron density and temperature is demonstrated.