본 논문에서는 전자파의 전파현상의 불연속모델로서 시간영역 유한 차분법의 수치적 성질이 연구된다. 시간 공간의 차원에서 막스웰 방정식을 개구리뜀 근사식으로 나타내므로 수치적인 특성과 의존 영역의 항으로 전자파의 전파현상을 모사한다. 시간영역 유한차분법의 수치적모사과정이 기하학적으로 설명된다. 개구리뜀 근사법의 채용으로 인한 수치적인 분산현상이 예시된다. 개구리뜀 근사법을 기초로 한 시간영역 유한차분법은 원래 계산 결과만을 산출하는 모델이 아니고 묘사적인 모델이므로 전자파 전파현상에 대한 몰리적인 현상을 묘사할 뿐만 아니라 이러한 묘사직언 결과로부터 푸리에 변환을 통하여 주파수 영역에서의 결과를 추출할 수 잇는 매우 유연한 수치해석 방법이다. 그래서 본 수치해석 방법을 이용하여 WR-28과 WR-90 도파관의 E-평면 휠터와 인턱티브 아이리스의 특성성분적 결과를 포함시킨다.
본 논문은 77 GHz대의 차량용 레이다 안테나에 응용이 가능한 파라볼라 안테나, 렌즈 안테나,$32\times8$ 마이크로 스트립 페치 안테나 등에 대한 설제 및 실험 결과를 다루었다 파라볼라 안테나는 f /D=0.263 및 $7cm\times10cm$의 크기로 설계하였으며, 피드 안테나는 도파관 WR12를 개방한 개방 도파관 형태로 사용하였다. 렌즈 안테나 는 f /D=0.5 및 직경 lOcm로 하여 양딸록 및 반볼록 구조에 대하여 실험하였다. 그리고 페치 어레이 안테나는 페치 안테나에 대한 전송선로 모멜을 이용하여 설계하였다 .. 3개의 안테나에 대한 3 dB 빔폭, 방사 패턴, 이득 등 은 이론치와 실험치가 잘 일치하는 결과를 얻었으나, 페치 어레이 안테나인 경우에 피드 망 및 마이크로스트립 동축선-도파관 전이에 따른 손설로 인하여 이득이 약 25 dB 정도 감소를 보였다.
구형 도파관 기법을 이용하여 다양한 모양을 가진 주기적인 metamaterial (MTM) 셀의 복소 유전율과 투자율을 시뮬레이션으로 추출하였다. 이 도파관은 PEC 벽과 PMC 벽으로 구성된 가상적인 것이고, 고려된 MTM 셀의 모양은 thin wire (TW), single split-ring resonator (SSRR), double SRR (DSRR), modified SRR, 그리고 TW와 DSRR이 결합된 구조이다. TW는 음의 유전율/양의 투자율, SRR은 양의 유전율/음의 투자율, 그리고 TW와 DSRR을 합친 구조는 유전율과 투자율이 동시에 음이 되는 영역이 나타남을 확인하였다. 각 셀의 파라미터에 따른 유전율과 투자율의 변화를 살펴보았다. 추가적인 연구로서 상기 도파관 기법의 단점을 보완하는 시 영역 신호를 이용한 추출 방법을 소개했다.
In railway tunnel environment, the reliability of a high-data-rate and real-time train-to-wayside communication should be maintained especially when high-speed train moves along the track. In China and Europe, the communication frequency around 900 MHz is widely used for railway applications. At this carrier frequency band, both of the solutions based on continuously laid leaky coaxial cable (LCX) and discretely installed base-station antennas (BSAs), are applied in tunnel radio coverage. Many available works have concentrated on the radio-wave propagation in tunnels by different kinds of prediction models. Most of them solve this problem as natural propagation in a relatively large hollow waveguide, by neglecting the transmitting/receiving (Tx/Rx) components. However, within such confined areas like railway tunnels especially loaded with train, the complex communication environment becomes an important factor that would affect the quality of the signal transmission. This paper will apply a full-wave numerical method to this case, for considering the BSA or LCX, train antennas and their interacted environments, such as the locomotive body, overhead line for power supply, locomotive pantograph, steel rails, ballastless track, tunnel walls, etc.. Involving finite-difference time-domain (FDTD) method and uni-axial anisotropic perfectly matched layer (UPML) technique, the entire wireless RF downlinks of BSA and LCX to tunnel space to train antenna are precisely modeled (so-called integrative modeling technique, IMT). When exciting the BSA and LCX separately, the field distributions of some cross-sections in a rectangular tunnel are presented. It can be found that the influence of the locomotive body and other tunnel environments is very significant. The field coverage on the locomotive roof plane where the train antennas mounted, seems more homogenous when the side-laying position of the BSA or LCX is much higher. Also, much smoother field coverage solution is achieved by choosing LCX for its characteristic of more homogenous electromagnetic wave radiation.
본 논문에서는 분할 링 공진기(SRR; split-ring resonator)를 이용한 소형 코플래너 도파관(CPW; coplanar waveguide)급전 슬롯 안테나에 대한 설계 방법을 연구하였다. 제안된 슬롯 안테나는 슬롯의 길이를 줄이기 위해 사각형 모양의 SRR 도체가 슬롯 내에 장하되었다. SRR 도체와 슬롯 사이의 간격, SRR 도체의 폭의 변화에 따른 입력 전압 정재파비(VSWR; voltage standing wave) 특성을 분석하여 최적의 설계 변수를 도출하였다. 2.45 GHz 대역에서 최적화된 소형 슬롯 안테나를 FR4 기판 상에 $36mm{\times}30mm$ 크기로 제작하였다. 제안된 소형 슬롯 안테나의 길이는 기존의 사각형 슬롯 안테나에 비해 14.3% 줄어들었다. 실험 결과, VSWR < 2인 대역이 2.4-2.49 GHz으로 2.45 GHz 대역에서 동작하는 것을 확인하였고, 2.45 GHz에서 이득은 2.3 dBi로 측정되었다.
본 논문에서는 고조파 억제를 위한 코플래너 도파관(CPW; coplanar waveguide)급전 슬롯 안테나에 대한 설계 방법을 연구하였다. 제안된 슬롯 안테나는 고조파를 억제하기 위해 SIR(stepped impedance resonator)를 사각형 슬롯의 양끝 부분에 대칭적으로 추가하였다. SIR의 길이와 폭의 변화에 따른 입력 반사계수 특성을 분석하여 최적의 설계 변수를 도출하였다. 2.45 GHz 무선랜 대역에서 최적화된 고조파 억제 슬롯 안테나를 FR4 기판 상에 $42mm{\times}30mm$ 크기로 제작하였다. 제안된 고조파 억제 슬롯 안테나의 슬롯의 길이는 SIR의 추가로 인해 기존의 사각형 슬롯 안테나에 비해 33.3% 줄어들었다. 실험 결과, 전압 정재파비(VSWR; voltage standing wave ratio) < 2인 대역이 2.39-2.49 GHz으로 2.45 GHz 대역에서 동작하는 것을 확인하였고, 2.45 GHz에서 이득은 2.5 dBi로 측정되었다.
본 논문에서는 분할 링 공진기(SRR; split-ring resonator)를 이용한 소형 코플래너 도파관(CPW; coplanar waveguide)급전 슬롯 안테나에 대한 설계 방법을 연구하였다. 제안된 슬롯 안테나는 슬롯의 길이를 줄이기 위해 사각형 모양의 SRR 도체가 슬롯 내에 장하되었다. SRR 도체와 슬롯 사이의 간격, SRR 도체의 폭의 변화에 따른 입력 반사계수 특성을 분석하여 최적의 설계 변수를 도출하였다. 2.45 GHz 대역에서 최적화된 소형 슬롯 안테나를 FR4 기판 상에 $36mm{\times}30mm$ 크기로 제작하였다. 제안된 소형 안테나는 기존의 사각형 슬롯 안테나에 비해 안테나의 길이를 14.3%로 줄여 소형화하였다. 실험 결과, 전압 정재파비(VSWR; voltage standing wave) < 2인 대역이 2.4-2.49 GHz으로 2.45 GHz 대역에서 동작하는 것을 확인하였다.
2차원 광속전파법을 써서 3차원 구조를 갖는 광도파로 소자를 보다 빠르고 정확하게 해석할 수 있게 하는 새로운 수정된 유효굴절률법을 제시한다. 이 방법은 계산시간이 너무 많이 요구되는 현실적으로는 사용하기가 어려운 3차원 광속전파법 대신에 직사각형, ?덕, 또는 이와 유사한 형태의 광화로소자를 짧은 시간안에 정확히 해석할 수 있다. 실례로 직사각형 단면의 도파로로 리루어진 방향성 결합기에 이 방법을 적용하여 3차원 광도파로를 2차원으로 근사하는데 따른 계산 오차를 기존의 유효굴절률법보다 크게 줄링수 있음을 보였다.
본 논문에서는 W-Band(75 GHz~110 GHz) 주파수 대역에서 전파특성 분석을 위한 샘플홀더 제작을 위하여 수행되었다. 먼저 도파관 내에서 전파의 전파이론을 정립하고 재료정수 측정기법을 도출하였다. 그리고 밀리미터파 W-band에 알맞은 도파관형 샘플홀더를 설계 및 제작하고 RAM 샘플을 이용하여 재료정수 및 전파흡수능을 측정하여 분석하였다. 분석결과 샘플시료 특성을 정확하게 측정할 수 있음을 확인하였으며, 향후 이 측정 샘플홀더는 W-band 대역 전파특성 분석을 위해 매우 유용하게 쓰일 수 있을 것이다.
본 논문에서는 선박 내 무선 장비로 활용 가능한 새로운 CPW 급전 UWB 개구면 안테나를 설계하고자 한다. 설계 되어진 안테나는 그라운드면 위에 직사각형을 떼어낸 모형과 버섯형태의 스터브로 구성되어진다. 또한, 버섯형태의 스터브는 간단하고 적은 변수를 갖는 것과 동시에 원하는 UWB 대역에 맞는 가장 적절한 값을 구해내기에 편리하다. 안테나의 작은 홈의 크기는 $21.1{\times}8.1mm^2$이며 두께는 1.5mm에 유전율이 4.3을 가지는 FR-4에 제작되었다. CPW fed 평면 슬롯 안테나는 무선 주파수의 안테나에서 전파를 선택하여 증폭 시킨 후 중간주파수로 변환하는 회로와 함께 광대역, 저비용, 간단히 집적화 시킬 수 있는 이점들을 가지고 있다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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