극초음속 플라즈마 환경에서의 통신두절 극복을 위한 메타물질 구현 (Metamaterials Resolving Communication Blackout within Hypersonic Plasma Environment)

서지정보

· 발행기관 : 한국전자파학회
· 수록지 정보 : 한국전자파학회 논문지 / 33권 / 3호 / 177 ~ 180페이지
· 저자명 : 정성훈, 김수연, 권호영

초록

극초음속 비행체의 통신두절은 대기가스가 이온화하는 극한의 환경에 비행체가 노출될 때 발생한다. 이온화한 대기가스와 방출된 전자의 밀도가 플라즈마 밀도를 초과하면, 가스 매질은 유전율의 실수부가 음수로 변환되는 전도율을가진다. 이러한 물질은 음의 유전율(ENG: epsilon-negative)을 가지는 물질로 분류되며, 큰 감쇠상수로 아주 얇은 두께의매질에서도 대부분의 전자파가 흡수 및 반사된다. 본 연구에서는 플라스마층 후면에 음의 투자율(MNG: mu-negative)을가지는 물질을 적용하여 플라즈마층에 대해 100 % 투과율을 달성하는 MNG 메타물질을 제안, 다층 구조에서의 투과율과 반사율을 입사각과 주파수의 함수로 유도하여 MNG 물질을 반영할 경우, 반영하지 않을 경우와 비교해 4배 높은 투과율을 달성하였다. 본 연구의 결과는 극초음속 환경에서 MNG 메타물질이 통신두절 현상 극복에 유용한 지 이론적으로검증한 결과로 MNG 메타물질의 설계 및 응용 분야에 적용할 수 있는 기반 연구가 될 것이다.

영어초록

Communication blackout of hypersonic flights refers to an interruption in communication when a flight enters an extreme environment of atmospheric gas ionization. Specifically, as the ionized gas and electron density goes over the plasma density, the gas medium becomes conductive, where the conductivity can be translated into a permittivity with a negative real number. The resulting class of material can be characterized as an ENG (Epsilon-Negative) material, which induces a significant decaying constant and absorbs or reflects most of the electromagnetic waves, even within an ultrathin layer. In this study, we propose MNG (Mu-Negative) metamaterials that achieve complete transmission through the layering of the MNG material after the plasmonic layer. Moreover, we calculated the transmittance and reflectance of multilayers as a function of incident angle and frequency to prove that transmittance can be improved by x4 larger with the MNG material in aerospace conditions. This study is the result of theoretical analysis proving the usefulness of MNG metamaterials and can be regarded as a fundamental study that can be applied in the development of MNG metamaterials or real-life applications.

참고자료

· 없음