The Journal of Korean Institute of Electromagnetic Engineering and Science (한국전자파학회논문지)

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Scattering Model of TM Polarized Electromagnetic Wave by Finite I-Shaped Metamaterial Array Based on Surface Current Model

표면 전류를 기반으로 한 유한 배열 I-모양 메타물질의 TM 편파 전자기 산란 모델

  • Jang, Ji-Woong (Department of Electronic Engineering, Inha University) ;
  • Lee, Haeseung (School of Electrical & Electronic Engineering, Yonsei University) ;
  • Koh, Il-Suek (Department of Electronic Engineering, Inha University) ;
  • Seo, Ilsung (Agency for Defence Development) ;
  • Lee, Yongshik (School of Electrical & Electronic Engineering, Yonsei University)
  • 장지웅 (인하대학교 전자공학과) ;
  • 이해승 (연세대학교 전자전기공학과) ;
  • 고일석 (인하대학교 전자공학과) ;
  • 서일성 (국방과학연구소) ;
  • 이용식 (연세대학교 전자전기공학과)
  • Received : 2014.01.06
  • Accepted : 2014.04.16
  • Published : 2014.06.30
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Abstract

Generally, the properties of metamaterials are analyzed based on the infinite array of the unit cells. In real application of the metamaterial, however, the array has to be finite. Hence, it is important that a method can analyze the effect of the finite array of the metamaterial. In this paper, a model is proposed which can calculate the scattering by a large-size finite array of an I-shaped metamaterial without a full-wave simulation. The proposed model is based on the surface current estimation of each unit cells. The ratio of the current distribution on a finite array of the metamaterial to that of the infinite array of the same metamaterial for a TM polarized incident wave is approximated as a quartic polynomial. The coefficients of the polynomial are a function of the physical dimension of the metallic patch. Hence, the current distribution of the finite metamaterial can be estimated based on the proposed polynomial and the current of the infinite array. The scattered field is calculated by using the surface current model. The proposed model is numerically and experimentally verified by comparing calculated and measured RCS(Radar Cross Section) data.

일반적으로 메타물질의 성질은 무한히 배열된 단위 셀 구조로 해석한다. 그러나 실제 응용 구조의 설계/구현 과정에서 메타물질은 유한하게 배열할 수밖에 없고, 유한 배열의 효과를 해석하는 방법이 필요하다. 본 논문에서는 유한한 대형 배열 메타물질 구조의 산란 특성을 full-wave 해석 없이 계산하기 위한 방법을 제안하였다. 제안한 모델은 다음과 같다. TM 편파에 대해 유한히 배열한 메타물질 구조의 표면 전류와 무한 배열 표면 전류 비를 4차 다항식으로 근사하였다. 다항식의 계수를 금속 패치의 물리적 길이에 대한 함수로 계산하여, 임의의 I-모양 메타물질이 균일하게 배열된 유한 배열 구조의 전류 분포를 쉽게 계산할 수 있다. 그리고 제안된 전류 분포 모델을 기반으로 예측한 표면 전류를 통해 유한한 메타물질 배열 구조의 산란파를 계산하였다. 또, 제안한 모델을 이용하여 계산한 레이더 반사 단면적(Radar Cross Section: RCS)을 측정 결과와 비교함으로써 제안한 모델의 정확도를 실험적으로 확인하였다.

Keywords

References

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