HFSS RCS 해석시 CW 옵션에 따른 해석 결과의 차이

HFSS에서 RCS 해석을 진행할 때 CW(Creeping Wave) 옵션의 사용 여부에 따른 해석 결과의 차이를 확인한 해석 사례입니다.

Creeping wave는 매끄럽게 굽은 곡면을 따라 전파되는 전자기장을 의미하며

곡면의 shadow 영역에 존재하는 전자기장은 Creeping wave의 전파 때문에 발생하는 것입니다.
(기하 광학적 해석에서는 shadow 영역에서의 field가 0이지만, 실제로는 Creeping wave에 의해 field가 존재하게 됩니다.)

Creeping wave는 구와 같은 연속적이고 매끄러운 표면을 따라 계속 전파되지만, 이에 의해 표면에 유도되는 전류의 영향은 표면에서 멀어질수록 감쇄합니다.

Creeping wave의 효과를 좀 더 직관적으로 쉽게 확인하기 위해 아래와 같은 구 모델을 이용해 해석을 진행했습니다.
(CW 옵션을 사용하면 해석 시간이 증가하므로 먼저 VRT에서 CW 결과를 확인하는 것을 권장합니다.
VRT 사용 방법: Knowledge Base | AutoSim)

해당 구는 반지름 0.56419m로 이론적인 구의 RCS는 1m^2가 되도록 설정했습니다.

아래 사진과 같이 Plane Wave를 Excitation으로 설정했습니다.

Analysis Setup은 Low/High Frequency와 CW 옵션 적용 여부에 따라 총 네가지를 설정했습니다.

CW 옵션은 Solution Setup - Options 탭의 Enable Creeping Wace를 체크하여 활성화합니다.

다음은 해석 결과입니다.

먼저 저주파 대역(0.05GHz-2GHz)에서의 RCS를 확인합니다.

수식적으로 계산된 reported 값과 비교하면 CW 옵션을 적용했을 때, 그렇지 않은 경우보다 reported와 유사한 것을 확인할 수 있습니다. 즉 저주파에서는 CW 옵션이 더 높은 해석 정확도를 제공합니다.

(* X 축 - Circumference in wavelengths = (2*pi*R)/wavelength, 커질수록 주파수가 높아짐)

다음으로 전 주파수 대역(저주파+고주파)에서 CW 적용 유무에 따른 RCS를 확인합니다.

   - 검정색/파란색 = CW o / CW x

   - 실선/점선 = 저주파(LF)/고주파(HF)

저주파에서는 CW 적용 여부에 따른 RCS 값과 경향성의 차이가 크지만, 주파수가 커질수록 CW 적용 여부와 관계 없이 결과가 유사해지는 것을 확인할 수 있습니다. 또한 이 값은 구의 이론적 RCS 값인 1m^2으로 수렴되는 경향을 보입니다. 

따라서 특히 저주파 해석에서는 CW 옵션을 사용하는 것이 해석의 정확도를 높이는데 도움이 되겠습니다.