신규사업 소개

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중견 연구사업

 

 

 “주파수 선택막 및 로보틱 스캔 기술 기반 가변 주파수 스텔스 구조 설계 및 실험적 검증 기술 개발” 연구는 한국연구재단에서 추진한 중견연구사업에 신규 선정된 과제로써, KAIST 항공우주공학과 이정률 교수 연구팀이 선정되어 수행 중에 있다. 과제 기간은 2019년 3월부터 2022년도 2월까지 3년간 진행되며, 사업비는 약 6억원에 해당한다.

 

 주파수 선택막(Frequency Selective Surface; FSS)은 전자기파의 특정 주파수 대역을 반사 또는 투과시키는 특성을 갖는 전자기 구조이다. 대표적인 연구로는 민간의 전파흡수구조, 안테나, 간섭 신호 제어, RFI (Radio-Frequency Interference) 차폐, EMI (Electro-Magnetic Interference) 차폐, 국방 관련 피탐지 기술 등 다양한 분야에서 연구되고 있다.

<그림 1> 등가회로 모델을 적용한 곡률 FSS 설계 및 검증

 

 

 

 기존의 주파수 선택막이 적용된 구조는 사용목적 및 요구사항에 맞는 설계 및 제작이 진행되기 때문에, 제작 완료된 상태에서는 주위 환경 변화에 따른 전자기 성능 변경이 어렵다. 이에, 주위 환경 변화에 대응할 수 있으며 전자기 성능 변경이 가능한 가변 주파수 구조를 설계한다. 마지막으로, 설계된 기술을 실적용 할 수 있으며, 현 기술을 가장 필요로 하는 레이돔 및 스텔스 구조에 적합한 가변 주파수 스텔스 구조를 설계하고 이를 실험적으로 검증하는 기술 개발을 목표로 한다.

 

<그림 2> Varactor diode 적용된 FSS [1]

 

 기계적 성능의 경우, 사용하는 목적에 따라 요구하는 조건이 다르며, 특히 민항기 및 전투기에서는 비행조건 및 환경 등에 따라 설계 절차가 매우 복잡하다. 따라서 기계 성능을 만족하는 가변 주파수 스텔스 구조를 설계하는 기술을 개발하고자 한다. 전자기 성능의 경우, FSS 형상에 따라 전자기 성능이 달라지기 때문에 주파수 대역 및 설계 환경에 따라 유연하게 대처할 수 있는 설계 기술이 필요하다. 따라서, FSS 주기성 패턴의 형상에 따른 전자기 성능을 분석하여 FSS의 설계 기술을 개발한다. 설계된 가변 스텔스 구조를 제작한 후, 로보틱 스캔 기술을 통해 전자기 성능을 평가하고 전자기 성능을 향상시키는 방법론을 적립하는 것을 목표로 한다.

 

 

<그림 3> 로보틱 스캔 기술 기반 곡률 형상의 가변 주파수 구조 전자기 성능 평가

 

 민간 측면에서 가변 주파수 구조는 차량용 안테나, 레이다, wearable, health care 등 현재 각광받고 있는 4차 산업과 관련하여 융합된 연구를 진행할 수 있다. 개발된 가변 주파수 구조를 이용하여 상황에 맞는 전자기 성능을 선택하여 사용할 수 있기 때문에 비용 절감 및 고효율성을 확보할 수 있다. 가변 주파수 스텔스 구조를 통해 보안 관련하여 특정 기업이 생산 독점하는 현상을 줄일 수 있으며, 민간 측면에서 새로운 사업 분야가 생성되고 기술의 국산화 및 고도화를 이룸으로써 관련 사업이 활성화될 것으로 기대된다. 본 연구 결과는 민간 레이돔(e.g. 민항기내 인터넷 사용가능 구조)의 기술력 제고도 동시에 이룰 수 있어 그 파급효과가 클 것으로 판단된다.

 

 국방 측면에서 스텔스 레이돔에 관련된 기술은 수입에 의존하기 때문에 군사적 보안 정보가 해외제작사에 바로 유출된다(i.e. 우리 무기체계가 쓰는 주파수를 해외제작사는 알게됨). 투과 주파수의 경우 전투기의 생존성과 가장 밀접한 관련이 있는 기밀 정보이기 때문에 해당 기술의 국산화가 시급한 상황이다. 가변 주파수 스텔스 구조를 적용한 레이돔 기술이 국산화 된다면 전략적으로 투과 주파수를 변경함으로써 전투기 및 군함의 생존성을 크게 향상시킬 수 있다. 스텔스 관련 기술의 핵심은 FSS 전자기 성능이지만, 현재 FSS 연구는 단순 평판에 대해서만 진행되고 있으며, 국내에서는 FSS 적용된 레이돔 제작에 대한 경험이 없다. 따라서 본 연구에서는 개발할 FSS 위상최적화 기법을 통해 스텔스 관련 핵심 기술을 확보할 수 있을 뿐만 아니라 어디에서도 시도하지 않았던 가변 주파수 스텔스 구조가 적용된 레이돔 개발 기술을 확보하여 세계적인 수준의 스텔스 기술력을 확보할 수 있을 것으로 기대된다.

 

 

참고문헌

[1] F. Costa, A. Kazemzadeh, S. Genovesi, and A. Monoechio, “Electromagnetic absorbers based on frequency selective surfaces”, Forum for electromagnetic research methods and application technologies, pp.1-23, Jan 2016

 

원문                 김경환[fddcd@kaist.ac.kr]

편집                 김경환[fddcd@kaist.ac.kr]