초록 ▼

현재까지의 마이크로웨이브 시간축 계산방법은 규칙적인 격자형요소에서만 수행되어 왔으며 복잡한 형태의 기기에 대한 해석 방법은 그리 잘 알려져 있지않았다. 복잡 구조의 안테나 해석을 위해서는 사변형 꼴 요소뿐만 아니라 서로 다른 크기의 삼각형 요소의 사용이 필요하다.본 연구에서는 복잡한 형태를 갖는 고출력, 지향성 안테나의 전파 전송 특성을 시간축상에서 해석하기 위한 향상된 알고리즘을 제시하여 삼각형 요소의 사용을 가능하게 하였으며, 해의 정확성을 높이는 새로운 기법의 개발을 병행하였다. 임의의 기기 경계를 처리하기

현재까지의 마이크로웨이브 시간축 계산방법은 규칙적인 격자형요소에서만 수행되어 왔으며 복잡한 형태의 기기에 대한 해석 방법은 그리 잘 알려져 있지않았다. 복잡 구조의 안테나 해석을 위해서는 사변형 꼴 요소뿐만 아니라 서로 다른 크기의 삼각형 요소의 사용이 필요하다.본 연구에서는 복잡한 형태를 갖는 고출력, 지향성 안테나의 전파 전송 특성을 시간축상에서 해석하기 위한 향상된 알고리즘을 제시하여 삼각형 요소의 사용을 가능하게 하였으며, 해의 정확성을 높이는 새로운 기법의 개발을 병행하였다. 임의의 기기 경계를 처리하기 위해 삼각형 요소를 사용하였으며, 수치 오차의 크기를 줄이기 위해 요소의 재배열 기법과 시간항의 2차미분항을 적용한 보완방법을 도입하였다. 연구 내용으로는 첫째로Leap-Frog 기법에 의해 1차 미분형으로 분리된 2차미분 전파방정식에서 기존의 미분방정식적용을 적분방정식으로 대치하여 삼각형 요소의 사용을 가능하게 하고, 계산을 용이하게 하는 동시에 정확도도 향상시켰다. 삼각형 요소에 의한 요소망에 Voronoi Polygon에 의한보조요소망을 구성하여 이중 요소 해석을 수행하였으며 보조 요소망은 적분방정식의 계산을수월하게 하도록 설정되어 Lumping 계산이 가능하였다. 본 적분방정식에 의한 알고리즘은 균일요소망 뿐만아니라 복잡한 형상에 대한 비균일 요소망에서도 우수한 결과를 나타내었다. 요소의 비균일화가 클수록 해의 정확도는 떨어지게 되므로 이의 보완 방법으로 요소의 재 배열 기법과 시간 미분항의 2차항 추가방법을 제시하였다.새로 제안된 요소 재배열 방법은 Voronoi Polygon의 중심을 각 꼭지점에 대하여 균등한 위치로 이동하는 방법으로 수회의 반복계산 만으로도 충분한 이동이 이루어졌으며 기존재배열 방법보다 정확한 해를 얻을 수 있는 양질의 요소망을 생성하며 특히 시간 축 해석에대하여 알고리즘의 특성과 연계되는 적합한 알고리즘임을 알 수 있었다. 또한, 2차 미분항계산법을 도입하여 해의 분산 억제에 좋은 효과를 얻었다. 2차 미분 항 계산의 경우에는과도한 확산 방지를 위하여 새로운 확산절삭방법을 도입하였으며 적정한 계수간을 계산하는알고리즘을 개발하였다.본 알고리즘을 aperture antenna 해석에 적용해 본 결과 만족할 만한 결과를 얻었으며앞으로 마이크로웨이브 소자 및 안테나 개발에 광범위하게 이용되어질 수 있을 것이라 사료된다.

Abstract ▼

To make a highly directional beam in high efficiency, theshape of antenna becomes more complicate, so that a conventional analytic solution cannot be applied to. Several numerical schemes are shown in time domain microwaveanalysis. These methods use conventional rectangular grids.

To make a highly directional beam in high efficiency, theshape of antenna becomes more complicate, so that a conventional analytic solution cannot be applied to. Several numerical schemes are shown in time domain microwaveanalysis. These methods use conventional rectangular grids. This is not anefficient tool for modeling complicated microwave devices. To get an efficientmodeling, it is desirable to use various size triangular elements as well as rectangularones in the 2D cases. The finite element scheme is more flexible in handlingcomplicated geometry with either types of elements.In this study, the finite element method and leap-frog scheme are considered intime domain analysis and the triangular elements are adapted to handling complexshaped devices. The integral equation is used instead of differential one, which caneasily make the Voronoi polygon dual mesh and improve the solution accuracy. Thetest results show that this algorithm is adequate to the analysis of complex shape modelin both accuracy and easiness.To reduce an excessive error between the different sized adjacent elements, a new meshsmoothing algorithm and the use of 2nd order time differential term are suggested.The smoothing principle is an iterative adjustment of the center node of the Voronoipolygon, which can give better results than conventional method in a few iteration, andbecomes the best algorithm for time domain analysis.The 2nd-accurate method which is performed by adding the 2nd order differential termin the Leap-frog scheme using the Taylor series expansion, makes also a goodcompensation technique in an irregular mesh treatment. It adds an artificial diffusionterm to the solution to reduce the dispersive characteristics. To reduce an excessivediffusion, the use of a diffusion limiter(DL) is introduced. It can reduce an excessiveovershoot while depressing the disperse solution. A new technique for the choose ofthe DL parameter is also introduced.Our algorithm is tested on an aperture antenna which makes a high directional,focusing beam and to reduce the reflection wave. The test result reveals that thisalgorifhm is quite effectual to the time domain analysis of microwave devices.

목차 Contents

• 목 차...6
• 본론...7
• 1) 서론...7
• 2) 연구방법 및 이론...8
• (1) 시간축 해석 유한요소법...8
• (가) 지배 방정식...8
• (나) 요소변수 근사화...8
• (다) 이중 MESH 구성...8
• (라) 적용방정식...9
• (마) 수치적 구현...9
• (바) Leap-Frog Scheme...10
• (2) 시간축 해석방법의 개선방안...13
• (가) 요소망 재배열...13
• (나) 2차 미분항 추가...14
• (3) 경계조건 처리...17
• (4) 시간간격의 임계치...18
• 3) 결 과...19
• (1) 이론 모델...19
• (2) Step Junction...19
• (3) Circular Reflector Antenna...19
• (4) Flared Aperture Antenna...25
• (5) 2차 미분항 계산예...25
• 4) 고찰...29
• 5) 결론...30
• 6) 인용문헌...31
• 7) 발표 논문...33
• 기타...37
• 1) 연구수행 관련 논문발표 목록서...37
• 2) 자체 평가서...38