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제안 방법
- Time Step의 변화가 입력신호(V0)의 특성에 어떤 영향을 미치는지 알아보기 위해서 Fig. 2에서 제시한 해석영역에 대하여 Time Step을 3000 Step까지 증가시키면서 시뮬레이션하였다.
- z 축 방향에 대한 여진 면의 위치가 입력신호 (V0)에 미치는 영향을 살펴보기 위해서 Fig. 4에서와 같이 z의 위치가 각각 1, 2, 5, 10으로 변할 때의 입력신호의 수렴 정도를 계산하여 보았다. 결과는 Fig.
- 그들이 제안한 방법은 마이크로 스트립에 적용하는 것이나 본 논문에서는 구형 도파관에 그들의 제안법을 적용함으로써 아래에 기술하는 여러 조건들올 구형 도파관에 맞게 도출하였다.
- 면 여진의 경우 수렴 정도를 알아보기 위해 우선 여진면의 크기가 변화되었을 때의 입력신호(V0)의 특성을 살펴보았다. Fig.
- 반사손실을 줄이기 위해 Mur 의 2차 흡수 경계 조건[2]을 사용하여 Yamasita와 Qian[3]에 의해 제안된 FDTD 프로그램에 Fig. 1에 있는 구조를 적용하였다.
- 그러나 최근에는 일본 등을 중심으로 위성통신 또는 각종 통신용 안테나 및 민수용 레이더 안테나 등의 용도로도 많이 개발되고 있다. 본 논문에서는 유한차분시간영역(FDTD)[1] 법을 이용하여 Fig. 1에서 보여주는 구형 도파관 슬랏 안테나를 해석하였다.
- FDTD법으로 도파관의 슬랏을 설계하는 과정에서 Time Step, 여진 면 크기, 해석영역의 크기, 여진면의 위치에 대한 정확한 해석이 요구되었다. 설계 주파수가 3.7 GHz일 때 정확한 계산을 위한 입력신호(VD)와 출력신호(VI)값을 도출하기 위해서 여러 가지 경우의 시뮬레이션을 행하여 최적의 조건을 알아보았다. 이러한 최적 조건을 이용하여 계산한 FDTD 이론치와 실험에의 해 구한 값을 비교했을 때 거의 일치하는 것을 알 수 있었다.
- 실험에 따른 슬랏 길이의 오차를 확인하기 위해 슬랏 길이의 변화를 살펴보았다.
- 여진을 도파관의 한 점에서 했을 때와 도파관 면 전체에 했을 때의 특성 차이를 알아보기 위해서 여진점의 위치가 Fig. 4의 (27, 41, 1)과 (27, 41, 5)인 두 경우에 대해서 점 여진에 대한 시뮬레이션을 행하였다. 이때 전체해석 영역의 크기는 534cx824yx60么이며 Time Step은 300。으로 하였다.
- 입력신호(V0)는 가우시안 펄스를 사용하였으며 해석의 안정조건을 만족시키기 위해서 공간 이산 간격을 파장의 1/80 이하로 하였고, 아래의 식을 이용하여 시간 이산간격도 안정조건을 만족하는 범위에서 결정하였다.
- 해석의 최적 조건을 구하기 위해서 Time Step, 여진 면 크기, 해석영역의 크기, 여진면의 위치 등을 변화시켜서 이들의 변화가 입력신호(V0)와 출력신호(VI)에 미치는 영향을 알아보았다.
대상 데이터
- Fig. 2와 같이 도파관 영역의 크기는 33血>:62勿%&々이고 흡수 경계조건을 고려한 전체해석 영역의 크기는 534rx82/yx604z이며 각각의 셀의 크기는 1 mm로 하였다. 셀의 크기를 1 mm로 같게 한 것은 해석 시간의 단축과 설계의 편리를 위해서이다.
- 도파관 영역의 크기를 54血x974yx70z々, 전체 해석영역의 크기를 74JxxH7Jyx70山, Time Step을 3000으로 하여 시뮬레이션하였다.
- 8(b)과 같이 0으로 잘 수렴함을 알 수 있다. 이후로 534冰824宓60岛을 적용하기로 한다.
이론/모형
- 본 논문에서는 유한 차분 시간 영역 (FDTD) 법을 이용하여 구형 도파관 슬랏 안테나 소자의 설계를 행하였다. FDTD법으로 도파관의 슬랏을 설계하는 과정에서 Time Step, 여진 면 크기, 해석영역의 크기, 여진면의 위치에 대한 정확한 해석이 요구되었다.
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