김동일
(Dept. of Radio Sciences and Engineering, Korea Maritime University)
,
김정창
(Dept. of Elect. and Comm. Engineering, Korea Maritime University)
,
주양익
(Division of Electrical and Electronics Engineering, Korea Maritime University)
하이패스 시스템은 5.8 GHz대 무선통신방식을 채용하는 기본 요소 중의 하나이며, 지능교통정보시스템(ITS; Intelligent Traffic System)을 실현하는 한 부분이다. 그러나, 하이패스 시스템에서 신호에러, 다중반사, 또는 시스템간 간섭으로 인한 통신 오류는 자주 발생한다. 이와 같은 문제점을 해결하기 위하여 전자파흡수체가 적용될 수 있으며, 이를 위하여 카본, 센더스트 및 CPE의 조성비가 각각 다른 몇 가지 샘플을 제작하여 최적의 조성비를 탐색하였다. 그 결과 최적 조성비는 Carbon : Sendust : CPE is 10 : 40 : 50 wt.%임이 확인되었다. 복소비유전율과 복소 비투자율은 측정 데이터를 이용하여 도출하였으며, 흡수체의 최적 설계 파라미터들은 시뮬레이션에 의하여 결정하였다. 나아가서, 전파흡수능을 흡수체의 두께를 변화시키면서 계산한 결과, 설계한 전파흡수체의 흡수능은 5.8 GHz에서 22.4 dB였다. 설계치에 기반을 두고 제작한 흡수체의 특성은 설계/시뮬레이션 값과 잘 일치하므로, 논문에 제안 개발된 하이패스용 전파흡수체는 실제 상황에 적용될 수 있을 것이다.
하이패스 시스템은 5.8 GHz대 무선통신방식을 채용하는 기본 요소 중의 하나이며, 지능교통정보시스템(ITS; Intelligent Traffic System)을 실현하는 한 부분이다. 그러나, 하이패스 시스템에서 신호에러, 다중반사, 또는 시스템간 간섭으로 인한 통신 오류는 자주 발생한다. 이와 같은 문제점을 해결하기 위하여 전자파흡수체가 적용될 수 있으며, 이를 위하여 카본, 센더스트 및 CPE의 조성비가 각각 다른 몇 가지 샘플을 제작하여 최적의 조성비를 탐색하였다. 그 결과 최적 조성비는 Carbon : Sendust : CPE is 10 : 40 : 50 wt.%임이 확인되었다. 복소 비유전율과 복소 비투자율은 측정 데이터를 이용하여 도출하였으며, 흡수체의 최적 설계 파라미터들은 시뮬레이션에 의하여 결정하였다. 나아가서, 전파흡수능을 흡수체의 두께를 변화시키면서 계산한 결과, 설계한 전파흡수체의 흡수능은 5.8 GHz에서 22.4 dB였다. 설계치에 기반을 두고 제작한 흡수체의 특성은 설계/시뮬레이션 값과 잘 일치하므로, 논문에 제안 개발된 하이패스용 전파흡수체는 실제 상황에 적용될 수 있을 것이다.
High-Pass (ETC ; Electronic Toll Collection) system is one of the basic elements, which adopts a wireless communication method using 5.8 GHz and can realize a part of ITS (Intelligent Traffic System). On the other hand, communication errors occur frequently in Hi-Pass system due to signal erros, mul...
High-Pass (ETC ; Electronic Toll Collection) system is one of the basic elements, which adopts a wireless communication method using 5.8 GHz and can realize a part of ITS (Intelligent Traffic System). On the other hand, communication errors occur frequently in Hi-Pass system due to signal erros, multi-path reflection, and/or system-to-system interferences. To solve these problems, an EM (Electro-Magnetic) wave absorber can be used. To solve these Problems, we fabricated some samples in the different composition ratios of Carbon, Sendust, and CPE, and it was confirmed that the optimum composition ratio of Carbon : Sendust : CPE is 10 : 40 : 50 wt.%. The complex relative permittivity and complex relative permeability were derived by using the measured data. In addition, the optimum design parameters for the absorber were determined by simulation. Then the absorption abilities were calculated by changing the thickness of the EM wave absorbers. As a result, the optimum thickness of the developed EM wave absorber was 2.85 mm with absorption ability over 22.4 dB at 5.8 GHz. Futhermore, the EM wave absorber was fabricated based on the simulated and designed values. The measured values agreed well with the simulated ones. Therefore, it was clearly shown that the developed EM wave absorber in this paper is to be applied in actual situations.
High-Pass (ETC ; Electronic Toll Collection) system is one of the basic elements, which adopts a wireless communication method using 5.8 GHz and can realize a part of ITS (Intelligent Traffic System). On the other hand, communication errors occur frequently in Hi-Pass system due to signal erros, multi-path reflection, and/or system-to-system interferences. To solve these problems, an EM (Electro-Magnetic) wave absorber can be used. To solve these Problems, we fabricated some samples in the different composition ratios of Carbon, Sendust, and CPE, and it was confirmed that the optimum composition ratio of Carbon : Sendust : CPE is 10 : 40 : 50 wt.%. The complex relative permittivity and complex relative permeability were derived by using the measured data. In addition, the optimum design parameters for the absorber were determined by simulation. Then the absorption abilities were calculated by changing the thickness of the EM wave absorbers. As a result, the optimum thickness of the developed EM wave absorber was 2.85 mm with absorption ability over 22.4 dB at 5.8 GHz. Futhermore, the EM wave absorber was fabricated based on the simulated and designed values. The measured values agreed well with the simulated ones. Therefore, it was clearly shown that the developed EM wave absorber in this paper is to be applied in actual situations.
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문제 정의
본 논문은 Hi-Pass system의 성능 개선을 위한 전파흡수체 개발에 관하여 연구를 한 것이다. 주재료로는 자성손실 재료인 Sendust와 도전손실재료인 Carbon을 혼합한 것을 사용하였고, 지지재로 CPE를 사용하였다.
제안 방법
%, 5 : 45 : 50 wt.%로 혼합하여 자체 제작한 Open Roller를 이용하여 두께 2 mm, 4 mm인 Sheet형 전파흡수체 샘플을 제작하였다. 실험 중 Open Roller의 표면온도는 전파 흡수능에 영향을 미치므로 70℃의 균일한 온도를 유지하였다[5].
재료정수 측정을 법에 의해 복소 비유전율과 복소 비투자율을 계산하였고, 시뮬레이션에 의하여 이론적인 설계를 하였다. 그 결과를 토대로 Hi-Pass system용 전파흡수체를 실제 제작하여 실측하고, 그 결과를 분석 검토하였다.
주재료로는 자성손실 재료인 Sendust와 도전손실재료인 Carbon을 혼합한 것을 사용하였고, 지지재로 CPE를 사용하였다. 재료정수 측정을 법에 의해 복소 비유전율과 복소 비투자율을 계산하였고, 시뮬레이션에 의하여 이론적인 설계를 하였다. 그 결과를 토대로 Hi-Pass system용 전파흡수체를 실제 제작하여 실측하고, 그 결과를 분석 검토하였다.
대상 데이터
본 논문에서는 전파흡수체의 주재료로 자성손실 재료인 Sendust와 도전손실 재료인 Carbon을 사용하였으며, 지지재로는 CPE를 사용하였다. 전파흡수체의 배합비는 각각 Carbon : Sendust : CPE = 10 : 35 : 55 wt.
본 논문은 Hi-Pass system의 성능 개선을 위한 전파흡수체 개발에 관하여 연구를 한 것이다. 주재료로는 자성손실 재료인 Sendust와 도전손실재료인 Carbon을 혼합한 것을 사용하였고, 지지재로 CPE를 사용하였다. 재료정수 측정을 법에 의해 복소 비유전율과 복소 비투자율을 계산하였고, 시뮬레이션에 의하여 이론적인 설계를 하였다.
이론/모형
측정된 전파흡수능을 이용하여 각 샘플의 입력임피던스를 계산하고 그림 5와 같은 l-2l법으로 각 샘플의 복소비유전율과 복소비투자율을 계산하였다[6].
성능/효과
최적의 조성비인 Carbon : Sendust : CPE = 10 : 40 : 50 wt.% 샘플의 복소비유전율과 복소비투자율을 이용하여 전파흡수체를 설계한 결과 Hi-Pass system의 상용 주파수인 5.8 GHz에서 두께 2.85 mm를 가지는 최적의 전파흡수체가 예측되었다. 이 때 반사계수는 –30.
본 연구에 사용된 재료의 경우는 도전손실 재료와 자성손실 재료가 복합된 재료로서, electric loss tangent 및 magnetic loss tangent가 5.8 GHz대역 근방에서 동시에 큰 값을 가지므로 전파흡수체를 설계했을 때 5.8 GHz에서 최적의 전파흡수체를 설계할 수 있는 유리한 조건임을 예측할 수 있다.
% 임을 확인하였다. 산출된 복소비유전율과 복소비투자율을 이용한 시뮬레이션에 의하여 전파흡수체를 설계한 결과를 토대로 Hi-Pass 시스템용 전파흡수체를 제작하여 측정한 결과, 두께 2.85 mm로 5.8 GHz에서 22.4 dB의 전파흡수능을 얻을 수 있었다. 따라서, 본 연구에서 개발된 전파흡수체는 Hi-Pass system용으로 유용하게 활용될 수 있을 것으로 기대된다.
시뮬레이션 결과를 토대로 조성비가 Carbon : Sendust : CPE = 10 : 40 : 50 wt.%이고, 두께 2.
그러나, 전파의 다중 반사로 인한 전파간섭에 의하여 오류신호 또는 시스템 간의 상호간섭을 유발하는 등 요금징수에 오류가 발생하는는 문제가 있어서, 교통시스템을 운영하는 데에 커다란 어려움을 겪고 있다. 이러한 문제를 해결하기 위하여 본 논문에서는 Hi-Pass system용 고성능 전파흡수체의 개발에 관한 연구를 수행한 결과, 전파흡수체 재료의 최적 조성비가 Carbon : Sendust : CPE = 10 : 40 : 50 wt.% 임을 확인하였다.
후속연구
4 dB의 전파흡수능을 얻을 수 있었다. 따라서, 본 연구에서 개발된 전파흡수체는 Hi-Pass system용으로 유용하게 활용될 수 있을 것으로 기대된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
지능형교통시스템이란 무엇인가?
또한 교통량 증대로 인한 도로혼잡과 교통사고로 인한 인명피해로 막대한 물적·인적 손실을 야기하고 있다. 이를 해결하기 위해 지능형교통시스템 (ITS)을 도입하게 되었고, 이는 도로와 차량 등 기존 교통의 구성요소에 첨단의 전자․정보․통신 기술을 적용시켜 교통시설을 효율적으로 운영하고 통행자에 유용한 정보를 제공하여 안전하고 편리한 통행과 전체 교통체계의 효율성을 기하도록 하는 교통부문의 정보화 사업이다. ITS는 도로 건설, 교통, 통신, 전기, 전자, 자동차 등의 하드웨어와 운영 기법 정보처리기법 등의 소프트웨어가 결합되어 다양한 형태의 서비스로 나타나며 이는 운전자, 보행자, 교통시설 운영 관리자 등에 제공되어 통행이나 운영 관리에 다양한 혜택을 준다[1].
자동요금징수 시스템은 어떤 시스템인가?
자동요금징수 시스템 (ETC system)은 ITS의 실현을 가능케 하는 기본 구성요소 중 하나로서, 전자지갑 기능을 하는 스마트 카드와 차량 탑재기(OBU ; On Board Unit)를 이용하여 5.8 GHz 대역에서의 무선통신을 통해 고속도로 및 유료 도로 톨 게이트에서 무정차 주행 중에 통행료를 징수하는 시스템이다. 뿐만 아니라 Hi-Pass system은 톨 게이트에서의 정체해소를 통한 물류비 절감, 환경오염 개선, 요금징수 전산화를 통한 운영 유지비 절감 및 이용자에게 서비스를 개선하는 효과를 갖는다.
전파의 다중반사로 인한 전파 간섭의 오류 신호 발생으로 인하여 다회의 요금이 징수되는 에러를 현재 어떻게 해결하고 있는가?
한편, 전파의 다중반사로 인한 전파의 간섭으로 오류 신호가 발생하여, 톨 게이트를 1회 통과하였으나 2회 또는 3회의 요금이 징수되는 에러가 발생할 수 있다. 따라서, 현재의 시스템에서는 1회 기본 신호가 카운트된 후, 예를 들어 5분 이내에 기본 신호 이외에 부가적인 다중반사파로 인하여 2회 또는 3회로 카운트되면 2회 이상의 카운트는 소프트웨어적으로 삭제하는 방식을 취하는 등의 조치를 취하고 있으나, 이것은 근본적인 해결 방법이 아니다[2]. 이러한 전파간섭 문제를 본질적 으로 해소하기 위해서는 전파흡수체를 사용함으로써 해결할 수 있다.
참고문헌 (9)
Dong Il Kim, "EMC Technologies on EM Wave Absorbers in Korea", Conf. on MW & Propog., KIEES, Korea, 2014. 05.
Information for EM Environment, Vol. 18, No. 2, 2007. 6.
Dong Il Kim, Electromagnetic Wave Absorber Engineering , Daeyoung Publicating Co., Ltd., 2006. 2.
Y. Naito, "Elctromagnetic Wave Absorbers", Tokyo : New Ohm Pub. Co., 1987.
Moon, S. H., Shin, S. J., Song, J. M., Kim, D. I., and Kim, K. M, "Development of composite a ferrite EM wave absorber for GHz frequency," Journal of Korea Electromagnetic Engineering Soc., vol. 14, no. 12, pp. 1329- 1334, 2003.
O. Hashimot, "Introduction to Wave Absorber", Tokyo : Morikita Publishing Co., 2003.
O. Hashimoto, Joho, D., Gakkai, T, "Technologies & Applications of Wave Absorber," CMC Publication Co., 2004.
Snoek, J. L, "Dispersion and Absorp- tion in Magnetic Ferrite at Frequency above one Mc/s," Physica, vol. 14, pp. 207-217,1948.
Kim, D. H., Kim, D. I., Choi, C. M., and Son, J. Y , "A Study on Design and Fabrication of Complex Type EM Wave Absorber with Super Wide-band Charac- teristics," International Joural of Navigation and Port Research., vol. 30, no. 2, pp. 161-166, 2006.
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