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2019 Vol.32, Issue 3
Topology Optimization of Beam Splitter for Multi-Beam Forming Based on the Phase Field Design Method

페이즈 필드 설계법 기반의 다중 빔 형성을 위한 빔 분배기 위상최적설계

Han-Min Kim1†
김 한 민1†
1Maritime Technology Research Institute, Agency for Defense Development, Changwon, 51678, Korea
1국방과학연구소 해양기술연구원
†Corresponding author: Tel: +82-55-540-6241; E-mail: hanminkim@add.re.kr
2019. pp. 141-147
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Abstract

In this paper, a systematic beam splitter design for multi-beam forming is proposed. The objective of this research is to a design beam splitter that splits and focuses scattering microwaves into intense beams in multiple directions. It is difficult to split multi-beam to non-specific directions with theoretical approaches. Therefore, instead of using transformation optics(TO), which is a widely used process for controlling electromagnetic wave propagation, we used a systematic design process called the phase field design method to obtain an optimal topological structure of beam splitter. The objective function is to maximize the norm of electric field of the target areas of each direction. To avoid island structure and obtain the structure in one body, volume constraint is added to the optimization problem by using augmented Lagrangian. Target frequency is set to X-band 10GHz. The optimal beam splitter performed well in multi-beam forming and the transported electric energy of target areas improved. A frequency dependency test was conducted in the X-band to determine effective frequency range.

Keywords
beam splitter
multi-beam
microwave
phase field design method
topology optimization

본 논문에서는 체계적인 설계법을 통해 다중 빔 형성을 위한 빔 분배기의 설계를 소개한다. 본 연구의 목표는 산란하는 마이크로파를 다중 방향으로 진행하는 빔으로 변환시키는 빔 분배기를 설계하는 것이다. 기존의 이론 기반 접근법으로는 불 특정 방향으로의 다중 빔 분배가 어렵다. 그러므로 본 연구에서는 기존의 이론 기반 접근법인 변환광학 이론이 아닌 체계적 인 설계 방법인 페이즈 필드 설계법을 통해 최적의 빔 분배기 구조를 설계하였다. 목적함수는 각 방향으로 특정 지점의 전기 장 세기의 표준값을 최대화로 설정하였다. 섬 형상의 구조를 피하고 하나의 연결된 구조를 얻기 위해 증강된 라그랑지안을 사용하여 체적 제약조건을 설정하였다. 목표 주파수는 X-band의 주파수 대역의 10GHz이다. 설계된 최적 형상의 빔 분배기 는 다중 빔 형성 성능을 잘 보였고, 목표 영역에 전달되는 전기 에너지는 증가하였다. 또한 설계가 유효한 주파수 대역을 평 가하기 위해 X-band 대역에 대해 주파수 대역 성능 평가를 수행하였다.

키워드
빔 분배기
다중 빔
마이크로파
페이즈 필드 설계법
위상최적설계
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Information
  • Publisher :Computational Structural Engineering Institute of Korea
  • Publisher(Ko) :한국전산구조공학회
  • Journal Title :Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
  • Journal Title(Ko) :한국전산구조공학회 논문집
  • Volume : 32
  • No :3
  • Pages :141-147
  • Received Date : 2018-11-23
  • Revised Date : 2019-01-14
  • Accepted Date : 2019-02-27
  • DOI :https://doi.org/10.7734/COSEIK.2019.32.3.141
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