A Prediction for the Electromagnetic Fields in Resonant Cavity of a 2.45 GHz Microwave Electro-thermal Thruster

Dong Jae Jo; Seong Sik Kang; Jeong Soo Kim

doi:10.6108/KSPE.2025.29.1.031

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RESEARCH PAPERS

Journal of the Korean Society of Propulsion Engineers. 28 February 2025. 31-39
https://doi.org/10.6108/KSPE.2025.29.1.031

A Prediction for the Electromagnetic Fields in Resonant Cavity of a 2.45 GHz Microwave Electro-thermal Thruster

2.45 GHz 마이크로파 전열 추력기의 공진 캐비티 내부 전자기장 예측

Dong Jae Jo^a

Seong Sik Kang^a

Jeong Soo Kim^b^*

조 동재^a

강 성식^a

김 정수^b^*

^aDepartment of Mechanical Engineering, Graduate School, Pukyong National University, Korea

^bSchool of Mechanical Engineering, Pukyong National University, Korea

^{*Corresponding Author}

License (open-access, http://creativecommons.org/licenses/by-nc/4.0/):

This is an Open-Access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution Non-Commercial License (http://creativecommons.org/licenses/by-nc/4.0) which permits unrestricted non-commercial use, distribution, and reproduction in any medium, provided the original work is properly cited.

ABSTRACT

The design of a resonant cavity inducing microwave resonance in specific propagation modes is central to MET. However, MET includes components within the cavity that alter its resonant characteristics. These characteristics directly affect the electric field intensity and serve as criteria for determining the cavity’s design direction, requiring systematic analysis. This study designs a 2.45 GHz, 1 kW-class MET resonant cavity by numerically analyzing changes in resonant characteristics from variations in the size and position of components. Based on the results, strategies considering efficiency and operational stability are proposed.

Keywords

Microwave Electro-thermal Thruster

Resonant Cavity

Plasma

Numerical Simulation

MET는 특정 전파 모드에서 마이크로파의 공진을 유도하는 공진 캐비티의 설계가 핵심이다. 그러나, MET에는 공진 캐비티 내부의 공진 특성을 변화시키는 구성 요소가 포함되어 있다. 공진 특성은 전기장 세기에 직접적인 영향을 미칠 뿐만 아니라, 공진 캐비티의 설계 방향을 결정하는 중요한 기준이 되므로 체계적인 분석이 필요하다. 따라서, 본 연구에서는 2.45 GHz, 1 kW급 MET의 공진 캐비티 설계를 목표로, 구성 요소의 크기 및 위치 변화에 따른 공진 특성을 수치모사를 통해 분석하였다. 또한, 이 결과를 바탕으로 효율성과 운용 안정성을 고려한 설계 방안을 제시하였다.

키워드

마이크로파 전열 추력기

공진 캐비티

플라즈마

수치모사

MAIN

1. 서 론
2. 공진 캐비티 설계
3. 구성 요소의 영향을 반영한 공진 캐비티 설계
3.1 해석 기법
3.2 해석 조건
4. 해석 결과
4.1 공진 주파수 비교 및 분석
4.2 전기장 세기 비교 및 분석
4.3 공진 캐비티 설계 방안
5. 결 론

Nomenclature

$δ$ : damping factor

$ε_{0}$ : vacuum permittivity

$ε_{r}$ : relative permittivity

$λ$ : eigenvalue

$μ_{0}$ : vacuum permeability

$μ_{r}$ : relative permeability

$σ$ : electrical conductivity

$χ_{01}$ : zeros of Bessel function

$ω$ : angular frequency

$B_{011}$ : vector potential constant

$d_{a}$ : antenna depth

$E$ : electric field

$f$ : supply frequency

$f_{r e s}$ : resonant frequency

$H$ : magnetic field

$h_{c}$ : resonant cavity height

$h_{d}$ : dielectric slab height

$J_{0}$ : Bessel function

$J'_{0}$ : first derivative of Bessel function

$k_{0}$ : wavenumber

$r_{c}$ : resonant cavity radius

$t$ : dielectric slab thickness

1. 서 론

최근 우주 산업의 급속한 성장에 따른 발사 주기의 단축으로 인해 기술 적용이 빠르고 비용이 저렴한 소형 위성의 수요가 증가하고 있다. 표준화된 설계와 저비용이 특징인 초소형 위성은 소형 위성의 대표적인 형태로, 지구 관측 및 기술 검증 등의 다양한 임무를 수행해왔다. 그러나, 그 운용 범위는 한정된 버스 플랫폼의 크기 및 전력 용량으로 인해 추진시스템의 적용이 어려워 주로 저궤도에 국한되었다. 따라서, 시스템들의 궤도 내 기동성을 증대시키기 위해서는 제한된 크기 내에서 우수한 성능을 제공하는 추진시스템의 개발과 장착이 요구된다[1,2].

마이크로파 전열 추력기(microwave electro-thermal thruster, MET)는 아크젯(arcjet)이나 레지스토젯(resistojet)에서 발생하는 전극 침식 문제를 해결하기 위해 고안되었으며, 소형화와 고효율을 동시에 달성할 수 있어, 큐브위성 및 소형 위성에 적합한 추진시스템이다[3,4]. MET는 Fig. 1에 나타난 바와 같이 마이크로파 공급 장치, 공진 캐비티(resonant cavity), 유전체 슬래브(dielectric slab), 그리고 노즐로 구성된다. 특히, 공진 캐비티는 마이크로파를 특정 전파 모드로 공진시켜 노즐 부근에 전기장을 집중시키는 핵심적인 역할을 한다. 이를 통해, 공진 캐비티 내부에는 내벽과의 접촉이 최소화되는 자유 부유형 플라즈마(free-floating plasma)가 형성되고, 주변 추진제가 가열되어 팽창한다[5].

공진 캐비티는 플라즈마의 안정화와 외벽의 냉각을 위해 원통형 형상으로 설계되며, 전파 모드에 따라 크기가 결정된다. 그러나, 일부 구성 요소는 전파의 경로에 영향을 미쳐 공진 캐비티의 공진 특성(resonant characteristics)을 변화시킨다[6]. 공진 특성은 전기장 세기에 영향을 줄 뿐만 아니라, 공진 캐비티의 설계 방향을 결정하는 중요한 기준이 된다. 따라서, 구성 요소가 공진 특성에 미치는 영향을 분석하고, 이를 토대로 공진 캐비티의 형상을 설계해야 한다.

본 연구에서는 비교적 낮은 민감도를 가진 2.45 GHz에 기반하여 공진 캐비티의 설계가 진행된다. 이를 바탕으로 설계 변수를 선정하고, 각 변수가 공진 특성에 미치는 영향을 수치모사를 통해 분석한다. 또한, 분석 결과를 토대로 설계 변수를 조합하여 효율성과 운용 안정성을 고려한 설계 방안을 제시한다.

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Fig. 1

MET schematic.

2. 공진 캐비티 설계

공진 캐비티의 설계는 유전체 슬래브를 제외한 빈 공진 캐비티의 형상과 크기를 결정하는 과정으로 시작된다. 공진 캐비티의 형상은 벽면 냉각과 플라즈마의 안정화를 위해 추진제의 스월(swirl) 유동을 일정하게 유지하도록 원통형으로 설계되며, 그 크기는 전파 모드에 따라 결정된다.

본 연구에서 선정된 전파 모드는 원통형의 양 끝단에서 축 방향으로 전기장이 강하게 집중되는 TM^z₀₁₁(Transverse Magnetic) 모드이다. TM^z₀₁₁ 모드는 노즐 부근에 플라즈마 형성을 유도함으로써 추진제를 효율적으로 가열하고 외벽으로의 열 손실을 최소화할 수 있는 전파 모드이다. 따라서, TM^z₀₁₁ 모드를 적용하기 위해서는 원통형 좌표계에서의 전자기장 분포를 정의해야 한다. 이는 맥스웰 방정식(Maxwell’s equations)을 기반으로 전자기파의 시간적 및 공간적 분포를 기술하는 파동방정식을 유도하는 것으로부터 시작된다. 이후, 벡터 포텐셜(vector potential)을 도입하여 전자기장 수식을 간소화하고, 원통형 좌표계에서 완전 도체 및 주기적 경계 조건을 적용함으로써 기본 전파 모드인 TM 모드의 전자기장 성분이 도출된다. 다음으로, 각 방향의 진동 특성을 나타내는 모드 번호(m, n, p)에 TM^z₀₁₁의 모드 번호를 기입하면 Eq. 1부터 Eq. 6과 같이 전자기장 성분이 최종적으로 결정된다[7].

(1)

E_{r} = j \frac{B_{011}}{ω μ_{0} ε_{0}} \frac{χ_{01}}{r_{c}} \frac{π}{h_{c}} J'_{0} (\frac{χ_{01} r}{r_{c}}) \sin (\frac{π z}{h_{c}})

(2)

E_{ϕ} = 0

(3)

E_{z} = - j \frac{B_{011}}{ω μ_{0} ε_{0}} (\frac{χ_{01}}{r_{c}})^{2} J_{0} (\frac{χ_{01} r}{r_{c}}) \cos (\frac{π z}{h_{c}})

(4)

H_{r} = 0

(5)

H_{ϕ} = - \frac{B_{011}}{μ_{0}} \frac{χ_{01}}{r_{c}} J'_{0} (\frac{χ_{01} r}{r_{c}}) \cos (\frac{π z}{h_{c}})

(6)

H_{z} = 0

공진 캐비티의 크기를 결정하는 공진 주파수 식은 TM^z₀₁₁ 모드의 전자기장 분포를 도출하는 과정에서, 높이와 반지름에 관계하는 파수(wavenumber, $k_{0}$ )를, 주파수에 대한 식으로 변환하면 Eq. 7과 같이 도출된다.

(7)

(f_{r e s}) {}_{011}^{T M^{z}}= \frac{1}{2 π \sqrt{μ_{0} ε_{0}}} \sqrt{(\frac{χ_{01}}{r_{c}})^{2} + (\frac{π}{h_{c}})^{2}}

Fig. 2는 주파수가 2.45 GHz일 때, 공진 캐비티 반지름에 따른 공진 캐비티 높이의 변화를 나타낸 것이다. 그림에서는 증가하는 반지름에 따라 공진을 만족하는 캐비티의 높이가 급격하게 감소하는 것이 관찰된다. 이를 바탕으로, 모든 설계 과정에서는 공진 캐비티의 제작 용이성과 적절한 반지름-높이 비를 고려해 공진 캐비티 반지름을 50 mm로 고정하였다.

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Fig. 2

Height variation with respect to the radius of the resonant cavity.

3. 구성 요소의 영향을 반영한 공진 캐비티 설계

MET에는 공진 캐비티의 공진 특성 변화를 유발하는 구성 요소가 포함된다. 먼저, 유전체 슬래브는 플라즈마로 인한 열 손상과 표면 부식으로부터 안테나를 보호하기 위해 삽입되는 핵심 구성 요소이다[8]. 플라즈마 방전은 압력이 증가할수록 개시가 어렵다. 따라서, 유전체 슬래브는 공진 캐비티를 두 개의 독립된 영역으로 구분하여 안테나가 포함된 영역을 대기압 상태로 유지시킨다[9]. 그러나, 유전체 슬래브는 전파의 경로에 위치하므로, 그 크기와 위치가 공진 특성의 변화를 유발한다. 다음으로, 안테나는 일반적으로 공진 캐비티의 바닥면에 위치하지만, 확보된 공간 내에서 공진 캐비티 내부로 연장이 가능한 구성 요소이다. 연장된 안테나 부분은 공진 캐비티의 경계 조건에 영향을 미치므로 공진 특성의 변화를 야기한다. 공진 특성은 전기장 세기에 직접적인 영향을 미칠 뿐만 아니라, 공진 캐비티의 설계 방향을 결정하는 기준으로 사용된다. 따라서, 이를 체계적으로 분석하기 위해 설계 변수를 선정하고 수치모사를 수행하였다.

3.1 해석 기법

설계 변수에 따른 전기장 분포 및 공진 주파수의 변화는 상용코드인 COMSOL Multiphysics의 RF 모듈을 통해 계산된다[10]. 해당 계산은 Eq. 8에 제시된 파동방정식을 기반으로 주파수 영역 유한 요소법(frequency domain finite element method, FDFEM)을 적용하여 수행된다. 이 과정에서 입력된 전력과 작동 주파수 범위에 따라 전기장 분포와 세기가 결정된다.

(8)

\nabla \times μ_{r}^{- 1} (\nabla \times E) - k_{0}^{2} (ε_{r} - \frac{j σ}{ω ε_{0}}) E = 0

공진 주파수는 각속도를 포함하는 허수부와 감쇠를 나타내는 실수부로 구성된 고유값(eigenvalue, $λ$ )인 Eq. 9를 사용하여 파동방정식을 Eq. 10과 같은 행렬 형태로 변환한 뒤, 해를 구함으로써 도출된다.

(9)

λ = - j ω + δ

(10)

A x = λ B x

전기장의 분포 및 세기 계산에서는 주파수별 시스템 응답을 구하기 위해 PARDISO 솔버가 단독으로 사용된다. 반면, 공진 주파수 계산에서는 고유값 문제를 해결하는 ARPACK 솔버와, 이 과정에서 발생하는 선형 방정식을 풀이하기 위한 PARDISO 솔버가 함께 사용된다.

3.2 해석 조건

설계 변수는 공진 캐비티 높이( $h_{c}$ ), 유전체 슬래브 높이( $h_{d}$ ), 안테나 깊이( $d_{a}$ ), 그리고 유전체 두께( $t$ )가 선별되었다. 해석은 2차원 축대칭 조건에서 수행되며, 사용된 격자계는 Fig. 3(a)에 도시된다. 격자계는 약 3,000개의 비정렬 삼각형 격자로 구성되며, 해석 간 변경되는 형상의 격자구조는 자동 재격자화 기능을 통해 조정된다. Fig. 3(b)는 계산시 적용된 매질과 형상의 치수를 간략히 나타낸 것이다. 유전체로는 우수한 기계적 특성과 구조적 균일성을 지닌 용융 석영(fused quartz)이 사용되며, 공진 캐비티 내부 매질은 진공과 유사한 전자기적 특성을 가진 공기로 설정된다. 적용된 매질의 물성치는 Table 1에 요약된다. 또한, 전파의 경로를 제외한 모든 벽면은 전기 저항이 0인 완전 도체로 가정된다. 마지막으로, 입력 전력은 1 kW로 고정된다. 이를 바탕으로, 설계 변수의 변화에 따른 공진 주파수와 전기장 분포 및 세기는 Table 2에 정리된 범위가 적용되어 계산된다.

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Fig. 3

Grid system(left) and schematic of the physical model(right).

Table 1

Material properties used in current analysis.

Properties at 20℃
Materials	$ε_{r}$	$μ_{r}$	$σ$ [S/m]
Fused quartz	3.75	1.0	1e-12
Air	1.0	1.0	1e-15
Teflon	2.0	1.0	1e-24

Table 2

Variables and applied ranges for analysis.

Resonant frequency
Variables [mm]	Range [mm]	Step size [mm]
h_c	145 ≤ h_c ≤ 175	0.1
h_d	30 ≤ h_d ≤ 130	1.0
d_a	0 ≤ d_a ≤ 30.6	0.1
t	5 ≤ t ≤ 10	1.0
Electric field distribution and Intensity
Variables range [mm]	Frequency [GHz]	Step size [GHz]
h_c = 145, 160, 175 h_d = 30, 80, 130 d_a = 0, 15, 30 t = 5	2.30 -2.50	0.001

4. 해석 결과

설계 변수에 따른 변화를 관찰하기 위해서는 먼저 기준 형상을 정의해야 한다. 기준 형상은 빈 공진 캐비티 형상이 유전체 슬래브에 의해 두 영역으로 분리될 때 발생하는 압력 차에도 안전하다고 판단되는 두께의 유전체 슬래브가 삽입된 형상으로 선정되었으며, 적용된 치수는 Table 3에 요약된다. Fig. 4는 2.45 GHz의 공급 주파수에서 빈 공진 캐비티와 기준 형상의 전자기장 분포를 비교한 그림이다. 이를 통해, 유전체 슬래브의 삽입이 공진 주파수를 감소시키고, 전기장 세기에 영향을 미치는 것이 확인된다.

Table 3

Summary of variables for the empty cavity and reference cavity.

Variables	Empty cavity	Reference cavity
h_c	174.8 mm	174.8 mm
h_d	-	84.9 mm
d_a	0 mm	0 mm
t	-	5 mm

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Fig. 4

Electric field distribution of the empty cavity (left) and reference cavity(right).

4.1 공진 주파수 비교 및 분석

기준 형상에서 공진 캐비티 높이, 유전체 슬래브 높이, 그리고 안테나 깊이에 따른 공진 주파수의 변화가 Fig. 5에 각각 도시된다. 먼저, Fig. 5(a)에서는 공진 캐비티 높이가 감소함에 따라 공진 주파수가 증가하는 경향이 확인된다. 이에 따라, 기준 형상은 공진 캐비티 높이가 약 161 mm로 감소될 때 공진이 발생하며, 유전체 슬래브 두께가 증가하면 그 높이는 더욱 감소한다. 이러한 결과는 공진 주파수 관계식인 Eq. 7을 통해 유추할 수 있다. 다음으로, Fig. 5(b)에서는 유전체 슬래브의 위치가 공진 캐비티의 중간 높이에서 멀어질수록 공진 주파수가 감소하는 경향이 관찰된다. 이는 유전체 슬래브가 강한 전기장 세기에 노출될수록, 분극 세기(polarization intensity)가 강해져 유효 유전율(effective permittivity)이 증가하기 때문에 나타난 결과이다[11,12]. 마지막으로, Fig. 5(c)는 안테나 깊이 변화에 따른 결과로, 그 깊이가 증가할수록 공진 주파수가 감소하는 추세를 보인다. 이는 안테나 깊이에 따른 전기장 흐름을 나타낸 Fig. 6을 통해 안테나 외벽에서의 추가적인 반사가 발생하여 내부 전기장 분포가 왜곡된 결과로 판단된다.

이러한 경향을 종합하면, 모든 설계 변수는 공진 주파수 변화에 영향을 미치는 것으로 분석된다. Fig. 4에서 공진을 벗어난 형상은 전기장 세기가 감소함을 확인하였다. 따라서, 공진 캐비티는 공진 주파수의 감소와 증가에 영향을 미치는 설계 변수들을 적절히 조합하여 공진이 발생하도록 설계되어야 한다.

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Fig. 5

Resonant frequency variations with respect to each case.

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Fig. 6

Electric field streamlines according to d_a.

4.2 전기장 세기 비교 및 분석

일부 설계 변수가 적용된 형상의 전기장 세기를 공급 주파수에 따라 산출하여 Fig. 7에 나타내었다. 그림에서 관찰되듯이, 대부분은 공진 주파수에서 전기장 세기가 매우 높고 공진 대역폭이 좁은 특징을 보인다. 반면, 안테나는 삽입 깊이에 따라 공진 대역폭과 전기장 세기가 크게 변화하는 특성을 보인다. 이는 증가된 안테나 깊이가 국부적으로 두 개의 상이한 동축 구조를 연결함으로써, 임피던스 불연속성을 유발하여 결합 손실을 증가시킨 것이 주된 원인으로 판단된다[7]. 이를 확인하기 위해서는 공진 시스템에서의 손실을 정량적으로 평가하는 지표인 Q-인자(quality factor)를 분석해야 한다. Q-인자는 공진 주파수 대비 공진 대역폭의 비로 정의된다. 따라서, 공진 주파수가 감소하거나 공진 대역폭이 증가하면 Q-인자는 감소한다. Q-인자의 감소는 진폭의 감소와 손실의 증가를 의미하므로, 안테나 삽입에 따른 결과는 결합 손실의 증가의 원인임이 확인된다. 그러나, 적절한 공진 대역폭의 확장은 공급 주파수, 유전율 그리고 가공 오차와 같은 외란에도 공진 주파수 범위 내에서 안정적인 전기장 세기를 유지할 수 있는 설계 가능성을 시사한다.

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Fig. 7

Comparison of electric field intensity for h_c, h_d, and d_a based on supply frequency.

4.3 공진 캐비티 설계 방안

위 결과들을 토대로 변수들을 조합하여 2.45 GHz에서 공진하는 두 가지 설계 방안을 제시한다. 첫 번째 설계 방안은 유전체 슬래브의 위치가 공진 캐비티의 중간 높이에서 멀어질수록 공진 주파수가 감소하는 경향을 바탕으로 유전체 슬래브를 바닥면에 배치하는 것이다. 이에 따라, 첫 번째 형상은 유전체 슬래브 두께와 공진 캐비티 높이만의 조절을 통해 설계된다. Fig. 8은 첫 번째 설계 방식을 적용해 유전체 슬래브 두께가 5 mm와 10 mm일 때의 두 형상을 비교한 그림이다. $t$ =5 mm인 형상에서는 공진 캐비티의 높이가 기준 형상 대비 24.9 mm 감소하고, $t$ =10 mm에서는 그 높이가 더욱 감소한다. 따라서, 첫 번째 설계 방안은 유전체 슬래브 두께의 증가에 따라 공진 캐비티 높이를 감소시킬 수 있는 단순한 설계 방법이다.

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Fig. 8

Resonant cavity with the dielectric slab placed at the bottom.

두 번째 설계 방안은 공진 대역폭의 확장을 목적으로 안테나 깊이를 조절함으로써, 모든 설계 변수의 조정이 가능한 방법이다. 이를 바탕으로, 슬래브 높이와 안테나 깊이를 임의로 고정하고 유전체 슬래브 두께를 변화시킨 결과를 Fig. 9에 제시한다. 또한, 공급 주파수에 따른 모든 형상의 전기장 세기를 Fig. 10에 나타낸다. 그 결과, 두 번째 설계 방안에서는 안테나의 영향으로 공진 대역폭이 확장된다. 그러나, 전기장 세기의 감소로 인해 방전 개시의 가능 여부를 추가로 확인해야 한다. 이는 산출된 전기장 세기와 기체 종류, 내부 압력, 그리고 확산 거리(diffusion length)에 의해 결정되는 절연 파괴 임계점(breakdown threshold)의 비교를 통해 판단된다[13]. 따라서, 두 번째 설계 방안은 여러 요인을 종합적으로 고려해야 하며, 적절한 대역폭과 전기장 세기 간의 균형을 맞춰야 하는 상대적으로 복잡한 설계 방법이다.

위 결과를 종합하면, 첫 번째 설계 방안은 고려할 변수가 적고 전기장 세기가 높게 산출되는 효율적인 설계 방법이다. 반면, 두 번째 설계 방안은 방전 가능성을 포함한 추가적인 검증이 요구되나, 외란에도 안정적인 성능을 내므로 실제 운용 환경에 더 적합한 설계 방법이라 판단된다.

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Fig. 9

Resonant cavity considering t, d_a, h_d, and h_c.

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Fig. 10

Electric field intensity according to shapes of the two design types.

5. 결 론

공진 주파수가 2.45 GHz인 1 kW급 MET의 공진 캐비티 설계를 목표로, 포함된 구성 요소에 따른 공진 특성의 변화를 분석하기 위해 설계 변수를 선정하고 수치 모사를 수행하였다. 설계 변수는 유전체 슬래브 두께, 공진 캐비티 높이, 유전체 슬래브 높이, 그리고 안테나 깊이가 선정되었으며, 각 설계 변수의 변화에 따른 공진 주파수와 전기장 분포 및 세기가 계산되었다.

해석 결과, 공진 캐비티 높이는 감소하면 공진 주파수가 증가하였고, 유전체 슬래브 높이는 중심에서 멀어질수록, 그리고 안테나 깊이는 증가할수록 공진 주파수가 감소하는 경향이 관찰되었다. 특히, 안테나의 깊이는 공진 대역폭의 확장에 기여하는 특징을 보였다. 이러한 경향을 바탕으로 효율성과 안정성을 고려한 두 가지 설계 방안이 제시된다. 첫 번째 설계 방안은 유전체 슬래브 두께와 공진 캐비티 높이만을 조정하여 단순 구조에서도 높은 전기장 세기를 제공하는 효율적인 설계 방법이다. 두 번째 설계 방안은 안테나를 기준으로 모든 설계 변수를 조정하여 공진 대역폭을 확장하는 방법으로, 공급 주파수, 유전율 그리고 가공 오차와 같은 외란에 안정적으로 대응할 수 있어, 실제 운용 환경에 더 적합하다. 이에 따라, 제안된 두 가지 설계 방안은 MET의 성능 최적화를 위한 효율적이고 안정적인 설계 지침으로 활용될 수 있을 것이다.

Acknowledgements

이 논문은 부경대학교 자율창의학술연구비(2023년)에 의하여 연구되었음.

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A Prediction for the Electromagnetic Fields in Resonant Cavity of a 2.45 GHz Microwave Electro-thermal Thruster

ABSTRACT

MAIN

Fig. 1

MET schematic.

(1)

(2)

(3)

(4)

(5)

(6)

(7)

Fig. 2

Height variation with respect to the radius of the resonant cavity.

(8)

(9)

(10)

Fig. 3

Grid system(left) and schematic of the physical model(right).

Table 1

Material properties used in current analysis.

Table 2

Variables and applied ranges for analysis.

Table 3

Summary of variables for the empty cavity and reference cavity.

Fig. 4

Electric field distribution of the empty cavity (left) and reference cavity(right).

Fig. 5

Resonant frequency variations with respect to each case.

Fig. 6

Electric field streamlines according to da.

Fig. 7

Comparison of electric field intensity for hc, hd, and da based on supply frequency.

Fig. 8

Resonant cavity with the dielectric slab placed at the bottom.

Fig. 9

Resonant cavity considering t, da, hd, and hc.

Fig. 10

Electric field intensity according to shapes of the two design types.

Acknowledgements

References

Electric field streamlines according to d_a.

Comparison of electric field intensity for h_c, h_d, and d_a based on supply frequency.

Resonant cavity considering t, d_a, h_d, and h_c.