현대의 다양한 통신시스템의 발달과 더불어 에너지의 효율적인 전송을 위해서 반드시 필요한 구조는 안테나이다. 특히, 이동성을 보장하는 시스템에서는 더더욱 소형 안테나가 요구된다. 본 논문에서는 비교적 고출력용으로 사용되며 low-profile이면서 낮은 주파수 대역에서 동작할 뿐만 아니라 광대역 특성을 가지는 안테나의 종류들 및 그 특성에 관해서 시뮬레이션 및 제작을 통하여 고찰해 보고자 한다.
이동체 탑재형 안테나는 설치 장소의 특성상 소형화와 경량화가 필수적인 요소이다. 그러므로 이동체 탑재형 안테나의 경우 반사판형 안테나보다 마이크로스트립 어레이 안테나가 널리 쓰이고 있다. 본 고에서는 마이크로 스트립 슬롯 어레이 안테나를 설계하였다. 만족스러운 고 이득을 얻을 수 있으며 동시에 패치 소자의 개수를 줄이기 위해 패치 단일 소자가 가급적 고 이득을 낼 수 있는 구조로 설계하였다. 본 고에서 설계한 슬롯 안테나는 기생슬롯을 가진 H 자형 타입의 소자이다. 설계는 제작상의 오차를 고려하여, 운용 주파수 11.7~12.75 GHz에서 VSWR 1.8:1 이하를 목표로 하였다. 제작된 안테나의 측정결과는 11.7~12.75 GHz대역에 걸쳐 VSWR < 1.8의 만족한 결과를 보이고, 단일 소자의 시뮬레이션 이득 결과는 10 dBi를 보였으며 $4\times4$ 어레이를 했을 경우 이득은 22 dBi의 값을 보였다. 제작되어진 안테나는 추후 급전 네트웍의 최적화를 통해 상호 간섭(Mutual Coupling)을 최소화하여 효율을 최대화한다면 직접 위성 서비스를 수신하기 위한 초소형 안테나로 활용될 수 있을 것으로 기대된다.
p-i-n 다이오드를 이용한 위상변위기를 설계하고, 그 특성을 해석하였다. 큰 위상변화는 가변선로형 위상변위기와 하이브리드 브랜치라인위상변위기로 실현하고, 작은 위상변화는 부하선로형 위상변위기로 실현하였다. 컴퓨터 시뮬레이션을 통하여 중심주파수 3.2GHz에서 좋은 위상변화특성이 유지됨을 확인하였고, 실제 제작된 위상변위기 특성도 이론치에 매우 근사하게 나타났다.
차량에 장착된 AV수신기의 성능에 영향을 주는 전파환경의 측정, 분석과 재현 기능을 통합한 프로그램을 개발하였다. 프로그램은 GPS(Global Positioning System)를 이용한 "위치별 전계 측정프로그램", "선택 대역 전계 측정프로그램"과 DB화된 데이터를 이용한 "전파환경 재현 프로그램"의 독립적인 부분들로 구성하였다. 또한 측정 및 분석, 재현 시스템의 설정방법을 제시하였다. 이러한 연구결과는AV시스템의 수신 이상 현상의 원인을 정확히 밝혀내는데 도움이 될 것이며, 동일한 현상을 현장이 아닌 전자파 무반사실내의 시뮬레이션 시스템 상에서 확인하고, 이상 현상에 대한 대응방안을 찾을 수 있게 될 것이다.
본 논문에서는 이동국의 안테나로부터 방사되는 전파의 일부가 인체에 흡수되므로써 기지국에서 수신되는 E$_{b}$ N$_{t}$의 감소에 대해 조사하였고, 감소된 E$_{b}$ N$_{t}$를 기준으로 하여 전파의 인체 흡수가 DS/CDMA BPSK 시스템의 성능에 미치는 영향을 분석하였다. 분석 결과, 인체에서의 흡수가 30[%]에서 40[%]로 증가할 때 기지국에서의 E$_{b}$ N$_{t}$, 값이 약 0.5 [dB] 정도 감소함을 알 수 있으며, 40 [%]에서 50[%]로 중가할 때에는 약 0.6 [dB] 정도 감소함을 알 수 있었다. 또한 시뮬레이션을 통해 사용자 수가 15 명일 때 약 2.5 [dB]의 E$_{b}$ N$_{t}$ 값에서 음성 서비스가 가능하다는 것을 알 수 있었다. 그리고 이러한 E$_{b}$ N$_{t}$ 값을 만족시키려면, 흡수율이 10 [%] 증가 할 때마다 안테나 방사 전력을 약 20 [mW] 이상 증가시켜야 한다는 것도 알아내었다. 것도 알아내었다.
이동통신 서비스의 급격한 증가로 인해, EMF(Electromagnetic field)노출의 생물학적 효과에 대한 많은 연구들이 수행되어져 왔다. 그러나 연구 수행에 있어서 필요한 무선 주파수 대역에서의 균일장 생성은 쉬운 일이 아니다. 이러한 어려움을 극복하기 위해 전신노출 시 스템에서의 전기장과 SAR(Specific Absorption Rate) 분포 측정이 발전을 해왔다. 본 논문에서는 EMC 대용 챔버로의 활용 가능성이 높은 전자파 잔향실 챔버를 이용하여 동물 실험용 전신 노출 장치를 개발하였다. 설계된 전자파 잔향실은 시뮬레이션과 측정 데이터를 이용하여 시험영역의 균일장에 대한 유효성을 검증하였다. 마우스에 대한 전신노출 실험에 있어서, 노출된 전자파에 대해 SAR을 확인하기 위해서 FDTD수치해석 방법과 측정 결과를 비교하였다. 전자파 잔향실 내부에서의 전기장 분포 특성을 해석하고, 이러한 해석 결과들을 통계적으로 처리하였다. CDMA 이동전화 주파수 대역에서(PCS & Cellular 대역) 입력 파워 변화에 따른 실험상태에서의 마우스 전신 SAR 평균값 및 국부 최대값을 제시하였다.
국내 남해안 일대에서 1994년부터 주파수공용통신(TRS) 서비스에 간섭이 처음 발생한 이후, 최근 셀룰러 이동통신 주파수대역에서도 유사한 간섭 현상이 발생하고 있다. 측정 결과 그 간섭원이 일본의 디지털 셀룰러 이동서비스의 기지국인 것으로 밝혀졌으며, 이는 일본의 디지털 이동전화 기지국의 송신주파수와 국내의 TRS 및 셀룰러 이동통신 기지국의 수신주파수가 중첩되기 때문이다. 한국과 일본간의 거리가 240~300 km임을 고려할때 간섭의 주 원인을 덕팅현상으로 결론 지을 수 있다. 본 논문에서는 split-step DMFT 알고리즘윽 이용하여 덕팅채널을 통한 전자파 전파를 모델링하고, 동해안과 서해 지역의 실재 측정된 굴절율 profile에 대한 시뮬레이션 결과를 분석하였다.
이상적인 전송선을 가정하고 도출된 여파기 설계 공식에 의하여 대역여파기를 설계할 경우, 제작된 여파기는 중심 주파수의 이동 및 주파수 특성의 왜곡을 발생시키며, 주파수가 높아질수록 심각한 문제를 야기한다. 이를 해결하기 위하여 본 논문에서는 개별 공진기의 EM(Electro-Magnetic) 시뮬레이션을 기초로 한 새로운 여파기 설계 방법을 제안하였다. 이 방법은 여파기를 개별 공진기로 분리하고, EM 시뮬레이션을 통해 개별 공진기의 리액턴스(reactance) 기울기 및 인버터 상수와 같은 여파기 설계 파라미터를 추출한 후, 이것이 인버터와 리액턴스 기울기로 구성된 인버터-기준형 설계치와 같도록 조정하는 것이다. 이와 같이 조정된 공진기를 조합하여 구성된 여파기는 별도의 조정 없이 목적한 설계치를 만족하게 된다. EM 시뮬레이션 시 이미 선로의 분산(dispersion) 및 불연속(discontinuity) 효과를 고려하였기 때문에 더 이상의 조정이 필요 없으며, 이 방법은 인버터-기준형으로 환원되는 대부분의 여파기에 적용 가능하다. 본 논문에서는 5단 SIR 여파기를 예로 들어 여파기 설계의 전반적인 과정을 설명하였고, 평행결합선로 여파기(parallel coupled line filter) 및 hair-pin 여파기에 확장 적용한 예를 보여 이 방법의 타당성을 보였다.
본 논문에서는 중심 주파수 2.44 GHz, 상대 대역폭 5 %, 반사 손실 18 dB, 전달 영점 주파수 2.63 GHz을 갖는 트라이섹션 대역 통과 여파기를 다중 포트 EM(ElectroMagnetic) 시뮬레이션을 이용한 설계를 보인다. 교차 결합(cross-coupling)이 포함된 트라이섹션 여파기 결합 행렬을 계산하고, 여파기를 무손실 2-포트 회로로 변환하여 기준형 등가 회로를 결정한다. 여파기 설계를 위해 개별 공진기로 분해한 후 다중 포트 EM 시뮬레이션으로 얻어진 Y-파라미터에서 J-인버터와 서셉턴스 기울기를 기준형 등가 회로의 J-인버터 및 서셉턴스 기울기에 정합하여 여파기 설계 치수들을 결정하게 된다. 결정된 물리적 치수로 구성된 여파기는 결합 행렬에서 고려하지 않은 결합으로 주파수 응답 특성이 기준형 등가 회로에 비해 다소 차이를 보이게 된다. 여파기 응답 특성의 최적화를 위해 초기 설계 치수를 변화시켜 여파기의 EM 시뮬레이션 결과들을 모아 회로에서 최적화하여 최종 설계 치수를 얻는다. 최종 설계 치수를 갖는 여파기를 제작하여 트라이섹션 여파기 설계 방법의 타당성을 검증하였다.
본 논문은 회로 시뮬레이션과 전자기 시뮬레이션을 병행하여 디지털 스위칭 회로가 실장된 PCB 상의 근접 자계 분포를 예측하는 방법을 제시한다. 제안 방법은 스위칭 회로의 신호 및 전원 포트를 정현 전원으로 구동하여 규격화된 근접 자계 분포를 구하고, 이 결과를 실제 스위칭 회로에 의한 전류의 주파수 스펙트럼으로 가중하여 근접 자계를 예측한다. 예측 방법론을 검증하기 위해 링 발진기와 출력 버퍼로 구성된 스위칭 집적 회로를 제작하고, 칩-온-보드(Chip On Board, 칩-온-보드) 형태로 평가하였다. 자계 프로브를 이용하여 PCB상에서 표면 자계 분포를 측정하였으며, 시뮬레이션 결과와 비교하였다. 측정 결과와 시뮬레이션 계산 결과는 5차 하모닉 주파수까지 10 dB 이내로 일치함을 확인하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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