혈장

Sep 02, 2023

Scientific Reports 13권, 기사 번호: 10156(2023) 이 기사 인용

204 액세스

측정항목 세부정보

플라즈마 방전의 통합을 통해 입사되는 고출력 마이크로파를 제한하기 위해 슬롯 구조와 방전 전극을 결합했습니다. 목표 공진 주파수 9.45 GHz에서는 표면 전류가 전극에 집중되고, 입사 신호의 응답 전력 수준을 낮추기 위해 제안된 설계를 통해 전기장이 향상되었습니다. 저전력 신호를 주입하면 플라즈마가 발생하지 않고 입사파가 삽입 손실 없이 진행됩니다. 주파수 영역에서 대역 통과 특성을 확장하기 위해 이중 스테이지 슬롯 구조가 활용되었으며, 시연된 플라즈마 리미터는 9.45GHz에서 1.01dB의 삽입 손실을 나타냈습니다. 크세논 가스 압력은 플라즈마의 방전 전력을 줄이기 위해 상부 전극과 하부 전극 사이의 최단 거리를 100μm로 최적화했습니다. 고전력 신호 입력의 경우 크세논 가스 항복이 발생하면서 전송된 신호는 0에 가까워졌으며, 40.55dB의 차단 효율로 대부분의 고전력 신호가 반사되었다. 시연된 결과는 고전력 마이크로파로부터 무선 탐지 및 거리 측정 시스템의 수신기를 보호하는 데 유용할 것입니다.

고출력 마이크로파는 고급 통신 기술에서 점점 더 주목을 받고 있습니다. 고출력 마이크로파는 토카막의 플라즈마 구동과 선형 충돌기의 무선 주파수 가속에 사용되며1 군사 응용 분야의 경우 전투기, 군함 및 미사일을 탐지하는 데 사용됩니다2,3,4. RADAR(무선 탐지 및 거리 측정) 시스템의 경우 향상된 신호 대 잡음비와 장거리 탐지를 실현하기 위해 시스템의 출력 전력이 증가합니다5,6. 기본 RADAR 작동 메커니즘 이론은 전송과 반사로 나눌 수 있습니다. 송신 펄스는 안테나를 사용하여 방사되며, 마주친 대상에서 전자파가 산란됩니다. 산란된 신호의 일부는 수신 안테나로 반환되어 최종적으로 처리됩니다. 그러나 지표면 반사7, 인근 금속 표면의 반사8, 의도적인 전자기 간섭9 및 자연적으로 생성된 번개 전자기 펄스(EMP)10,11,12에서 생성된 고출력 전자기파는 시스템에 일시적 또는 영구적인 손상을 일으킬 수 있습니다. 특히 수신기에서 그 기능은 작은 신호13,14,15,16,17를 증폭하는 것이기 때문입니다.

이러한 EMP 위협은 크게 프론트 도어 커플링과 백도어 커플링으로 분류됩니다. Front-door 커플링은 전력을 커플링하도록 설계된 통신 장비의 안테나를 통해 RADAR에 커플링되는 EMP입니다. 백도어 결합(Back-door Coupling)이란 통신망이나 장비에 연결되는 케이블이나 장치의 일부에 구조적 구멍이나 틈을 통해 EMP를 결합할 경우 장비의 오작동이나 파손을 의미한다20,21,22. 본 EMP 방호기술을 확립하기 위해서는 결합방식에 따라 분류된다. 전면 도어 결합을 방지하는 RADAR 시스템 기술은 고체형, 페라이트형, 플라즈마형 등 다양한 유형으로 분류할 수 있습니다. 이상적으로 작동하려면 삽입 손실이 특정 입력 전력 값보다 작아야 하며, 보호 장치로 기능하려면 특정 입력 전력 값 이상으로 손실이 발생해야 합니다. 솔리드 스테이트 리미터 및 반도체 기반 보호 장치는 PIN 다이오드, 쇼트키 다이오드 및 전계 효과 트랜지스터 장치23,24,25,26로 구성됩니다. 가장 대표적인 반도체 리미터는 병렬 PIN 다이오드로 구성되며, 저전력 입력 신호에서 삽입 손실 값이 낮다는 장점이 있다. 반도체 소자의 특성에 따라 성능과 동작 주파수 대역이 결정됩니다. 그러나 이 장치는 높은 입력 전력에 대해 낮은 반사 또는 흡수 계수를 나타내는 단점이 있습니다. 페라이트 리미터는 입력 마이크로파 전력에 따라 비선형 흡수를 나타냅니다. 이러한 자성체는 시스템을 보호하기 위해 임계 전력 한계를 초과하는 전력을 열로 변환합니다. 페라이트 리미터는 높은 입력 전력에 대해 협대역 응답 특성을 나타냅니다. 이러한 특성은 특정 주파수에만 반응하므로 사용자가 동작 주파수를 선택하기 어렵다는 단점이 있다. 또한 반사가 아닌 흡수를 통해 시스템을 보호하므로 다른 유형의 리미터에 비해 추가 삽입 손실이 발생합니다. 페라이트 리미터의 크기는 일반적으로 크고 임계 전력 값을 조정하기 어렵습니다.