능동형 주파수 선택막이 적용된 스텔스 레이돔에 관한 연구

Abstract

스텔스 레이돔은 내부의 안테나의 통신 주파수만 투과시키고 다른 주파수는 흡수 또는 반사 시키는 전자기 특성을 가지고 있다. 하지만 이러한 특징을 이용하여 스텔스 레이돔의 투과 주파수로 전투기를 탐지하게 되면 스텔스 레이돔 내부의 안테나가 그대로 노출되어 레이다에 탐지될 가능성이 높아진다. 본 연구에서는 이러한 탐지 가능성을 줄이기 위해 투과주파수를 바꿀 수 있는 가변 주파수 스텔스 레이돔에 대한 연구를 수행하였다. 가변 주파수 스텔스 레이돔의 전자기 성능을 예측하기 위해 주파수 선택막의 전자기 특성을 분석하였다. 기본적인 요소 배열을 정한 후 그 조합에 따라 어떻게 전자기 특성이 변하는지 분류하였다. 이렇게 분류된 정보를 기반으로 능동 소자를 배치하고 병렬 연결을 할 수 있도록 피드 라인을 추가하여 능동형 주파수 선택막을 설계하였다. 스텔스 레이돔의 구조는 항공기의 공력면 구성을 위해 곡률을 가지는 구조로 제작되기 때문에 곡률을 가지는 구조의 전자기 성능을 예측하는 기술이 필요하다. 본 연구에서는 곡률 구조의 전자기 특성을 예측하기 위해 이론적인 접근방법과 등가회로모델 그리고 광선 추적법을 사용하였다. 예측된 결과는 자유공간장치를 이용하여 실험으로 검증하였으며, 제안된 전자기 성능 예측 방법이 유효하다는 것을 확인할 수 있었다. 스텔스 레이돔은 비행 환경에서 받는 하중을 견뎌야 하기 때문에 기계적 성능도 만족시켜야 한다. 구조해석을 수행할 때 스텔스 레이돔의 메쉬는 능동형 주파수 선택막은 단위 요소 크기는 비해 크고 돔 형상 때문에 일정하지 않다. 따라서 스텔스 레이돔 기계적 성능 예측을 하기 위해 매핑 기술에 필요한 등가 물성 계산 방법을 제안함으로써 물성 매핑 기술을 확보하였다. 물성 매핑 기술을 검증하기 위해 복잡한 패턴을 가진 시편을 제작하고 3점 굽힘 시험을 수행하였다. 실험과 해석을 비교하여 물성 매핑 기법의 정확도를 검증하였다. 또한 가변 주파수 스텔스 레이돔의 구조해석을 수행하였으며, 기존에 사용되는 멀티스케일 기법과 비교하였다. 그 결과 물성 매핑 기술이 가변 주파수 스텔스 레이돔에 적합한 해석 기법이라는 것을 검증하였다. 본 연구를 통해 가변 주파수 선택막의 전자기/기계적 성능을 예측할 수 있는 기법을 제안하고 이를 실험을 통해 검증하였다. 또한 능동형 주파수 선택막이 스텔스 레이돔에 적용될 수 있는 가능성을 확인할 수 있었다.