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TLM법을 이용한 Soret 타입 프레넬 존 플레이트 렌즈 안테나 해석
Analysis of Soret-type Fresnel Zone Plate Lens Antenna using TLM method 원문보기

한국해양정보통신학회논문지 = The journal of the Korea Institute of Maritime Information & Communication Sciences, v.15 no.6, 2011년, pp.1221 - 1226  

김태용 (동서대학교) ,  조형국 (동서대학교)

초록
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위성 TV 시스템, 전파 망원경, 측지 시스템 등에 응용 가능한 Soret 타입 프레넬 존 플레이트 렌즈 안테나의 수신이득 특성을 해석하기 위하여 TLM법으로 계산을 수행하였다. TLM법에 의한 계산결과를 확인하기 위하여 키르히호프 및 PO법에 의한 광학 해와 비교하였다. 계산 결과, 12 GHz대의 FZPL의 중심축 상에서의 수신 특성은 설계 초점거리와 비교하여 짧게 형성되는 것을 확인하였으며, 이는 수신기의 위치가 적절히 조정되어야 하는 것을 의미한다.

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

In order to analyze the receiver gain characteristic of the Soret-type FZPL lens antenna which is operated at 12GHz, TLM method can be applied. The application of the FZPL lens antenna is often use the receiver for satellite TV system, radio telescope, and Geodetic System. Some numerical results com...

주제어

#프레넬 존 플레이트   #수신 이득  

AI 본문요약
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* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

  • 본 논문에서는 12 GHz대에서 동작하는 FZPL 안테나 설계를 위하여 그림 1에 나타낸 바와 같이 오피스 또는 주택의 창호에 삽입하여 위성 신호를 수신할 수 있도록 구성하고, 위성에서 송신되는 신호가 안테나 면에 수직으로 입사하는 경우를 이외에도 적절한 안테나 이득을 가지도록 설계하는 것을 목표로 하고 있다.
  • 본 논문에서는, 위성 TV 수신 시스템, 전파 망원경 및 측지 시스템에 응용 가능한 12 GHz대의 FZPL(Fresnel Zone Plate Lens) 안테나 설계를 목적으로 하였다[2]. TLM법을 도입하여 FZPL에 대한 해석을 수행하고, 키르히호프의 근사식과 PO법에 의한 계산결과와 비교 검토하였다.

가설 설정

  • 먼저 계산 모델 A와 B에 대하여 앞에서 논의된 TLM 법을 적용하여 계산을 수행하였다. 여기서 특정 주파수에 대한 시간 응답을 얻기 위해서 입사파는 12 GHz의 정현파 구동으로 가정하였다.
  • 먼저 모델 A에 대하여 앞에서 논의된 TLM법을 적용하여 계산을 수행하였다. 여기서 특정 주파수에 대한 시간 응답을 얻기 위해서 입사파는 정현파 구동으로 가정하였다.
  • 따라서 실제 계산 모델은 그림 3과 같이 실제 모델의 4분의 1에 해당하는 축소 모델로서 계산을 수행하는 것이 효율적이다. 우선 FZPL의 왼편에서 평면파(x-polarized wave)가 입사하는 것으로 가정하였다. 이와 같은 경우, 경계조건으로서 z-x 평면은 PMC, z-y 평면은 PEC로 볼 수가 있어 실제 모델의 1/4로 축소시켜 계산을 수행할 수 있다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
프레넬 존 플레이트 렌즈는 무엇이며 어떤 구조를 가지고 있는가? 프레넬 존 플레이트 렌즈[1]는 호이겐스 프레넬의 원리를 응용한 것으로 전파 차폐재와 투과부를 동심원상으로 상호배치한 구조를 가지고 있다. 이렇게 하면 입사하는 전파는 차폐재에서 일부 반사되고, 전파 투과부에서는 동일 위상의 전파 성분만을 모을 수 있게 되고 초점 거리 위치에서 수신 전력이 최대가 되는 일종의 렌즈와 같은 특성을 가지게 할 수 있다.
FZPL 안테나는 무엇에 응용 가능한가? 그리고 정밀도 높은 가공이 필요 없고 저렴한 가격 및 경량 구조, 조립 및 분해가 간단하다는 특징을 가지고 있다[2-4]. FZPL(Fresnel zone plate lens) 안테나는 위성 TV 수신 시스템, 전파 망원경 및 측지 시스템에 응용 가능하다.
TLM법의 장점은 무엇인가? 본 논문에서 이용한 TLM(Transmission Line Matrix)[5-6]법은 본질적으로 시간영역 해석방법으로서 공간을 코일과 콘덴서로 구성되는 등가적인 전달 선로망으로 변환시킨 뒤, 파동전파를 선로상에서 임펄스가 전달되는 것을 모의 추적하는 방법이다. 이것은 호이겐스의 파동전파 과정을 하나의 이산적 모델로 옮겨 놓은 것이다[5-6]. 또한 간단한 계산 알고리즘으로 시간영역 응답을 손쉽게 구할 수 있는 장점이 있고, 주파수 응답이 필요한 경우는 FFT를 이용하거나 계산 과정 중에 DFT를 이용하여 계산종료와 함께 주파수 응답을 구할 수 있다.
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참고문헌 (7)

  1. H. D. Hristov, Fresnel Zones in wireless links, zone plate lenses and antennas, Artech House. 

  2. T. Y. Kim, Y. Kagawa, and Ling Yun Chai, "Modelling of a circular Fresnel zone plate lens for electromagnetic wave antenna application," Int. J. Numer. Model., Vol. 18, pp. 429-439, 2005. 

    상세보기 crossref

  3. T. Y. Kim and Y. Kagawa, "Focusing characteristic analysis of a Fresnel zone plate lens by the method of moment", Proc. of JSST int. conference on medeling, control and computation in simulation, Japan(Tokyo), pp. 362-365, 2000. 

  4. T. Y. Kim et al., "Analysis of a Fresnel-zone-plate-lens by the Method of Moments", in Proc. BEM Technology Conference(JASCOME), Vol. 8, pp.7-10, 1998. 

  5. P. B. Johns, "A symmetrical condensed node for the TLM method", IEEE Microwave Theory and Techniques, Vol. MTT-35, No. 4, pp. 370-377, 1987. 

  6. P. B. Johns, "Numerical results for the symmetrical condensed TLM node", IEEE Microwave Theory and Techniques, Vol. MTT-35, No. 4, pp. 378-382, 1987. 

  7. F. A. Jenkins and H. E. White, Fundamentals of optics, McGRAW-HILL. 

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