Introduction
이 문서는 세 가지 구조(PEC 구, 무한히 얇은 PEC 평판, 64 mil 두께의 PEC 평판)에서 도출된 여러 RCS 결과를 제시합니다. 해당 구조들은 여러 주파수에서 시뮬레이션되었습니다. 이러한 구조들은 WIPL-D 소프트웨어 제품군[1]을 사용하여 얻은 RCS 결과의 품질을 검증하기 위해 “Austin RCS Benchmark”[2]의 결과와 비교되었습니다. 실제로, 텍사스 대학교 오스틴에서는 다양한 레이더 단면적(RCS) 계산 방법을 검증하기 위한 계산 전자기학 벤치마크 세트를 만들었습니다.
WIPL-D 소프트웨어는 표면 적분 방정식(SIE)과 고차 기저 함수(HOBFs)을 적용하여 높은 연산 효율성을 보장하는 완전한 전파 3D 전자기 모멘트 방법(MoM) 기반의 시뮬레이션 도구입니다. WIPL-D 소프트웨어가 적절한 시간 내에 합리적인 컴퓨터 워크스테이션을 사용하여 선택된 벤치마크 모델을 정확하게 시뮬레이션할 수 있음을 보여줄 것입니다.
Simulated Models
모든 모델 기하학적 구조는 텍사스 대학교에서 제공한 치수에 따라 WIPL-D Pro 소프트웨어에서 생성되었습니다.
그림 1. 시뮬레이션된 기하학적 구조의 예제.
왼쪽에서 오른쪽으로: PEC 구, 두께 없는 PEC 평판, 64 mil 두께의 PEC 평판
Simulations Settings and Computer Platform
각 WIPL-D 시뮬레이션은 순수 3D EM MoM 해석기를 사용하여 수행되었습니다. WIPL-D에서는 세타(𝜃) 각도가 고도 각도를 나타내며, 𝜃 = 0°는 지평선을 가리킵니다. 각 결과 집합에는 HH 편광 및 VV 편광이 포함됩니다.
- HH 편광: 입사파가 𝐸𝜙 성분만 포함하고 있으며, 산란파에서도 𝐸𝜙 성분만 고려한 경우의 RCS 결과
- VV 편광: 입사파가 𝐸𝜃 성분만 포함하고 있으며, 산란파에서도 𝐸𝜃 성분만 고려한 경우의 RCS 결과
PEC 구의 참조 결과는 COMPASS-EM 코드를 사용하여 얻었습니다. 두께 없는 PEC 평판의 참조 결과는 ARCHIE-AIM을 사용하여 얻었으며, 64 mil 두께 PEC 평판의 참조 결과는 ARCHIE-AIM 및 측정값을 사용하여 얻었습니다.
표 1. 시뮬레이션 실행을 위한 컴퓨터 플랫폼
RCS Results and Simulation Data – PEC Spheres
PEC 구는 직경이 0.6 m 및 19.2 m인 두 가지 모델로 시뮬레이션되었으며, 주파수는 10 MHz 및 320 MHz로 설정되었습니다.
- 입사파 방향: 𝜃𝑖 = 0°, 𝜙𝑖 = 0°
- 산란각: 𝜃𝑠 = 0°, 0° ≤ 𝜙𝑠 ≤ 360°
구는 전체 모델뿐만 아니라 대칭면을 활용하여 반구 모델, 1/4 모델, 1/8 모델을 포함하여 여러 방식으로 모델링되었습니다.
그림 2. 직경 0.6 m PEC 구의 10 MHz 주파수에서의 RCS 결과
표 2. 직경 0.6 m PEC 구의 10 MHz 주파수에서의 시뮬레이션 데이터
그림 3. 직경 0.6 m PEC 구의 320 MHz 주파수에서의 RCS 결과
표 3. 직경 0.6 m PEC 구의 320 MHz 주파수에서의 시뮬레이션 데이터
그림 4. 직경 19.2 m PEC 구의 10 MHz 주파수에서의 RCS 결과
표 4. 직경 19.2 m PEC 구의 10 MHz 주파수에서의 시뮬레이션 데이터
그림 5. 직경 19.2 m PEC 구의 320 MHz 주파수에서의 RCS 결과
표 5. 직경 19.2 m PEC 구의 320 MHz 주파수에서의 시뮬레이션 데이터
RCS Results and Simulation Data – PEC Plate without Thickness
두께가 없는 PEC 평판은 폭과 길이가 폭의 7/4배인 비율로 정의되었으며, 폭은 4인치 또는 128인치이다. W = 4인치인 평판은 10 MHz 및 5.12 GHz에서 시뮬레이션되었다. 또한, 두께가 없는 W = 128인치인 또 다른 평판은 10 MHz 및 320 MHz에서 시뮬레이션되었다. 이러한 경우 모노스태틱 RCS는 𝜃𝑠=10° 및 0°≤𝜙𝑠≤90°의 각도에서 계산되었다.
두께가 없는 PEC 평판에 대한 계산된 RCS 결과 및 시뮬레이션 데이터는 그림 6-9 및 표 6-9에 표시되어 있다. 제공된 데이터는 다음과 같다:
- HH 편광에 대한 모노스태틱 RCS 결과가 WIPL-D 및 ARCHIE-AIM 결과와 비교 (그림의 왼쪽)
- VV 편광에 대한 모노스태틱 RCS 결과가 WIPL-D 및 ARCHIE-AIM 결과와 비교 (그림의 오른쪽)
- WIPL-D 시뮬레이션 데이터 및 phi 각도 방향의 개수를 포함
그림 6. W = 4 인치인 무한히 얇은 PEC 평판의 10 MHz 주파수에서의 RCS 결과
표 6. W = 4 인치인 무한히 얇은 PEC 평판의 10 MHz 주파수에서의 시뮬레이션 데이터
그림 7. W = 4 인치인 무한히 얇은 PEC 평판의 5.12 GHz 주파수에서의 RCS 결과
표 7. W = 4 인치인 무한히 얇은 PEC 평판의 5.12 GHz 주파수에서의 시뮬레이션 데이터
그림 8. W = 128 인치인 무한히 얇은 PEC 평판의 10 MHz 주파수에서의 RCS 결과
표 8. W = 128 인치인 무한히 얇은 PEC 평판의 10 MHz 주파수에서의 시뮬레이션 데이터
그림 9. W = 128 인치인 무한히 얇은 PEC 평판의 320 MHz 주파수에서의 RCS 결과
표 9. W = 128 인치인 무한히 얇은 PEC 평판의 320 MHz 주파수에서의 시뮬레이션 데이터
RCS Results and Simulation Data – PEC Plate with 64 mil Thickness
두께가 64 mil인 PEC 평판는 폭과 길이의 비율이 W 대 W×7/4로 정의되었으며, 여기서 W는 6인치이다. 해당 평판은 2.56 GHz, 5.12 GHz, 7 GHz, 10.24 GHz에서 시뮬레이션되었다. 이러한 경우, 모노스태틱 RCS는 𝜃𝑠=0° 및 0°≤𝜙𝑠≤90°의 각도에서 계산되었다.
두께가 있는 PEC 평판에 대한 계산된 RCS 결과 및 시뮬레이션 데이터는 그림 10-13 및 표 10-13에 표시되어 있다. 제공된 데이터는 다음과 같다:
- HH 편광에 대한 모노스태틱 RCS 결과가 WIPL-D 결과, 측정값, ARCHIE-AIM 결과와 비교 (그림의 왼쪽)
- VV 편광에 대한 모노스태틱 RCS 결과가 WIPL-D 결과, 측정값, ARCHIE-AIM 결과와 비교 (그림의 오른쪽)
- WIPL-D 시뮬레이션 데이터 및 phi 각도 방향의 개수를 포함하는 표
그림 10. W = 6 인치, 64 mil 두께 PEC 평판의 2.56 GHz 주파수에서의 RCS 결과
표 10. W = 6 인치, 64 mil 두께 PEC 평판의 2.56 GHz 주파수에서의 시뮬레이션 데이터
그림 11. W = 6 인치, 64 mil 두께 PEC 평판의 5.12 GHz 주파수에서의 RCS 결과
표 11. W = 6 인치, 64 mil 두께 PEC 평판의 5.12 GHz 주파수에서의 시뮬레이션 데이터
그림 12. W = 6 인치, 64 mil 두께 PEC 평판의 7 GHz 주파수에서의 RCS 결과
표 12. W = 6 인치, 64 mil 두께 PEC 평판의 7 GHz 주파수에서의 시뮬레이션 데이터
그림 13. W = 6 인치, 64 mil 두께 PEC 평판의 10.24 GHz 주파수에서의 RCS 결과
표 13. W = 6 인치, 64 mil 두께 PEC 평판의 10.24 GHz 주파수에서의 시뮬레이션 데이터
Conclusion
본 문서는 서로 다른 주파수에서 시뮬레이션된 세 가지 기준 형상(benchmark geometry)에 대한 다양한 RCS 결과를 제시하였다. 이러한 시뮬레이션의 목적은 WIPL-D 소프트웨어를 사용하여 얻은 RCS 결과의 품질을 “Austin RCS Benchmark” 결과와 비교하여 검증하는 것이다.
선택된 예제에 대해 WIPL-D 결과는 일반적인 컴퓨터 워크스테이션에서 매우 빠르게 도출될 수 있으며, GPU 가속을 적용하지 않고도 계산이 가능함을 확인하였다. 또한, 해당 결과는 측정값 및 “Austin RCS Benchmark”에서 제공된 시뮬레이션 결과와 매우 잘 일치함을 입증하였다.
References
- WIPL-D Software, Electromagnetic Simulation and EM Modeling Software, WIPL-D.
- University of Texas Austin, CEM Benchmarks. Available at:
https://github.com/UTAustinCEMGroup/AustinCEMBenchmarks/tree/master/Austin-RCS-Benchmarks
관련 문의: 02-6945-2156 / Contact us – (주)모아소프트
