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유체역학에 바탕한 플라즈마 모델링을 통한 유전체 장벽 방전 플라즈마의 전파 특성 해석
김유나(Yu-na Kim),오일영(Il-Young Oh),홍용준(Yong-Jun Hong),육종관(Jong-Gwan Yook) 한국전자파학회 2013 한국전자파학회논문지 Vol.24 No.3
본 논문은 유체 역학적 관점에서 플라즈마 모델링을 통하여 전자 밀도를 계산하는 방식을 제안하였다. 그럼으로써 기존 논문들에서 사용된 단순화된 플라즈마 모델링의 한계를 극복하였다. 계산된 전자 밀도를 finite-difference time-domain(FDTD) 기법에 기반한 맥스웰-볼츠만 시스템에 연계하여 다양한 각도에서 입사하는 전자기파에 대한 산란파 계산을 수행하였다. 전반부에서는 유전체 장벽 방전(dielectric barrier discharge: DBD) 구조에서 발생되는 플라즈마를 모델링하였다. 다수의 모델링 방식 중, 시간 독립적인 변수를 도입하여 정지계의 전위 분포와 전자 밀도 분포를 계산하는 Suzen-Huang 모델을 이용하였다. 후반부에서는 변조된 가우시안 펄스를 플라즈마에 입사시켜 발생하는 산란파를 FDTD 기법을 이용하여 계산하였으며, 이를 바탕으로 레이더 단면적(radar cross section: RCS)을 관찰하였다. 모의실험 결과, DBD 플라즈마에 의해 1~2 dB 감소하는 것을 관찰할 수 있었다. 이는 기존의 논문에서 알려진 RCS 측정 결과와 유사한 양상을 보이며, 본 논문에서 제안한 모델링의 유효성을 확인하였다. In this paper, plasma modeling is achieved using fluid dynamics, thereby electron density is derived. The way proposes the key to overcoming the limitations of conventional researches which adopt simplified plasma model. The result is coupled with Maxwell-Boltzmann system in order to calculate scattering waves in various incident angle. The first part is dedicated to perform plasma modeling in dielectric barrier discharge(DBD) structure. Suzen-Huang model is adopted among various models due to the fact that it uses time independent variables to calculated potential and electron distribution in static system. The second part deals with finite difference time domain(FDTD) scheme which computes the scattered waves when the modulated Gaussian pulse is incident. Founded on it, radar cross section(RCS) is observed. Consequently, RCS is decreased by 1~2 dB with DBD plasma. The result is analogous to the RCS measurement in other researches.
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이수민(Soo-Min Lee),오일영(Il-Young Oh),홍용준(Yong-Jun Hong),육종관(Jong-Gwan Yook) 한국전자파학회 2013 한국전자파학회논문지 Vol.24 No.3
본 논문은 대기압 환경에서 발생하는 유전체 장벽 방전(dielectric barrier discharge: DBD) 플라즈마의 전자파산란 특성을 측정하였다. 본 논문에서는 기본적인 DBD 플라즈마 발생기 구조를 병렬로 연결하여 넓은 면적의 플라즈마 발생기를 제작하였고, 14 kV, 4 kHz의 고전압 발생장치를 이용해 플라즈마가 발생하는 것을 확인하였다. 두 개의 혼 안테나와 벡터 네트워크 분석기를 이용해 S-parameter의 비교를 통해 전자파 산란 특성을 측정하였다. 전방 산란의 경우 제작된 플라즈마 발생기의 구조적 특성으로 인해 안테나의 편파에 따라 다른 결과 값을 얻었다. 편파가 수평일 때 최대 2 dB의 산란파 감쇠 특성을 확인할 수 있었다. 또한, 편파가 수평일 경우, 플라즈마 발생기 뒤에 PEC를 설치한 후 후방 산란 특성을 측정하였다. 그 결과, 5 GHz에서 안테나 관찰 각도가 40°, 60°일 때 최대 2 dB 산란파 감쇠 특성을 얻었다. This paper presented measurement results of scattering characteristics of dielectric barrier discharge (DBD) plasma at atmospheric pressure. In this paper, plasma actuator is fabricated by parallel connecting of basic configuration of DBD plasma actuator, then plasma could be generated by applying 14 kV, 4 kHz of high voltage generator. In order to measure the scattering characteristics of DBD plasma, in this paper, two horn antennas and vector network analyzer are used to compare the S-parameter. Because of the structure of fabricated plasma generator, different result is obtained as antenna polarization changes. When antenna polarization is parallel to electrodes of plasma generator, the scattered field is reduced by 2 dB in maximum. In addition, for parallel polarization case, PEC is set up behind the plasma generator to measure backward scattered field. When the observation angles are 40° and 60°, the amount of reduced scattered field is 2 dB in maximum at 5 GHz.
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