시뮬레이션 프로그램을 이용한 안테나 설계∙해석 실제 사례 6.3

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1 CHAPTER 06 컴퓨터를 이용한 안테나 설계와 해석 Computer-Aided Antenna Design and Analysis

2 시뮬레이션 프로그램을 이용한 안테나 설계∙해석 실제 사례 6.3
서론 6.1 안테나에 사용되는 컴퓨터 이용 전자기학 6.2 6.2.1 모멘트법(MoM) 6.2.2 유한요소법(FEM) 6.2.3 유한차분 시간 영역(FDTD) 방법 6.2.4 전송선로 모델링(TLM) 방법 6.2.5 수치해법의 비교 6.2.6 고주파해법 시뮬레이션 프로그램을 이용한 안테나 설계∙해석 실제 사례 6.3 6.3.1 도선형 안테나의 설계와 해석 6.3.2 평면형 안테나의 설계와 해석 6.3.3 일반적인 안테나의 설계와 해석 요약 6.4

3 학습목표 안테나 소프트웨어의 발전에 대하여 알아본다. 컴퓨터 시뮬레이션 툴의 바탕을 이루고 있는 기본 이론을 익힌다.
널리 쓰이는 소프트웨어를 이용하여 안테나를 설계해본다.

4 6.1 서 론

5 서론 안테나 설계 소프트웨어의 역사 70년대 : NEC 개발 80년대 : PC의 보급과 MININEC 등장
6.1 서론 서론 안테나 설계 소프트웨어의 역사 70년대 : NEC 개발 80년대 : PC의 보급과 MININEC 등장 90년대 : 다양한 해석 방법을 기반으로 수많은 시뮬레이션 툴 개발 현재 기술 수준 파라미터 최적화 알고리즘 포함 중요도에 따른 가중치 설정 가능 모든 변수들을 완벽하게 고려하고 보상하는 것은 불가능 혁신적인 엔지니어의 역할이 중요!

6 6.2 안테나에 사용되는 컴퓨터 이용 전자기학

7 컴퓨터 이용 전자기학(CEM)의 분류 CEM (Computational Electromagnetics)
6.2 안테나에 사용되는 컴퓨터 이용 전자기학 컴퓨터 이용 전자기학(CEM)의 분류 CEM (Computational Electromagnetics)

8 모멘트법(MoM) 개요 선형 방정식 기저함수의 급수로 전개 가중함수 선택 후 내적
6.2 안테나에 사용되는 컴퓨터 이용 전자기학 모멘트법(MoM) 개요 선형 방정식 기저함수의 급수로 전개 가중함수 선택 후 내적

9 모멘트법(MoM) 기저함수와 가중함수의 선택이 해를 정확하게 효율적으로 구하는 열쇠! 갤러킨 방법
6.2 안테나에 사용되는 컴퓨터 이용 전자기학 모멘트법(MoM) 미지함수 F를 풀기 위한 계수 결정 기저함수와 가중함수의 선택이 해를 정확하게 효율적으로 구하는 열쇠! 갤러킨 방법 기저함수 = 가중함수 로 선택

10 6.2 안테나에 사용되는 컴퓨터 이용 전자기학 모멘트법(MoM)

11 6.2 안테나에 사용되는 컴퓨터 이용 전자기학 모멘트법(MoM)

12 6.2 안테나에 사용되는 컴퓨터 이용 전자기학 모멘트법(MoM)

13 6.2 안테나에 사용되는 컴퓨터 이용 전자기학 모멘트법(MoM)

14 6.2 안테나에 사용되는 컴퓨터 이용 전자기학 모멘트법(MoM)

15 6.2 안테나에 사용되는 컴퓨터 이용 전자기학 모멘트법(MoM)

16 6.2 안테나에 사용되는 컴퓨터 이용 전자기학 모멘트법(MoM)

17 모멘트법(MoM) MoM을 사용한 다이폴 안테나 해석 총 전기장 방사 전기장 델타갭 원천 모델 도입
6.2 안테나에 사용되는 컴퓨터 이용 전자기학 모멘트법(MoM) MoM을 사용한 다이폴 안테나 해석 총 전기장 델타갭 원천 모델 도입 방사 전기장

18 모멘트법(MoM) 안테나 도체 표면에서의 전류 밀도 미지 전류를 구하기 위해 MoM을 이용 커널(핵) 단위 펄스함수 정의
6.2 안테나에 사용되는 컴퓨터 이용 전자기학 모멘트법(MoM) 안테나 도체 표면에서의 전류 밀도 커널(핵) 미지 전류를 구하기 위해 MoM을 이용 단위 펄스함수 정의 다이폴의 전류 근사

19 모멘트법(MoM) 갤러킨 방법 적용 디랙 델타함수 펄스전개 점매칭 모멘트법 내적의 정의
6.2 안테나에 사용되는 컴퓨터 이용 전자기학 모멘트법(MoM) 갤러킨 방법 적용 디랙 델타함수 펄스전개 점매칭 모멘트법 내적의 정의

20 모멘트법(MoM) 특이점 문제 제거 입력 임피던스 총 방사 전기장 전류원과 매칭점의 위치가 다름! 충분히 작은 조각
6.2 안테나에 사용되는 컴퓨터 이용 전자기학 모멘트법(MoM) 특이점 문제 제거 전류원과 매칭점의 위치가 다름! 충분히 작은 조각 입력 임피던스 총 방사 전기장

21 모멘트법(MoM) 결론 기저함수와 가중함수 선택이 중요 정확도와 계산관련 요건 사이에는 상충관계가 존재
6.2 안테나에 사용되는 컴퓨터 이용 전자기학 모멘트법(MoM) 결론 기저함수와 가중함수 선택이 중요 정확도와 계산관련 요건 사이에는 상충관계가 존재

22 유한요소법 개요 적분방정식, 편미분 방정식의 근사해를 구하는 데 사용 불규칙 경계, 비균질 물질특성을 포함한 문제에 적절
6.2 안테나에 사용되는 컴퓨터 이용 전자기학 유한요소법 개요 적분방정식, 편미분 방정식의 근사해를 구하는 데 사용 불규칙 경계, 비균질 물질특성을 포함한 문제에 적절

23 유한차분 시간 영역(FDTD) 방법 시간스텝 진행 방식  연립방정식 풀이 불필요 / 수치 파동 전파 시 감쇠 없음
6.2 안테나에 사용되는 컴퓨터 이용 전자기학 유한차분 시간 영역(FDTD) 방법 시간스텝 진행 방식  연립방정식 풀이 불필요 / 수치 파동 전파 시 감쇠 없음 안정성 확보를 위해 시간스텝의 상한 제한이 필요 셀 크기와 시간 스텝의 결정

24 전송선로 모델링(TLM) 방법 집중소자들로 구성된 전송선로 모형을 이용 다수의 노드로 구성
6.2 안테나에 사용되는 컴퓨터 이용 전자기학 전송선로 모델링(TLM) 방법 집중소자들로 구성된 전송선로 모형을 이용 다수의 노드로 구성 전자기장(E, H)와 물질 특성  전송선로 요소 (V, I)

25 6.2 안테나에 사용되는 컴퓨터 이용 전자기학 수치해법의 비교 공통 문제점 막대한 컴퓨터 메모리 용량과 계산 시간 소요

26 고주파해법 개요 장-기반 해법 : 기하광학(GO) 전류-기반 해법 : 물리광학(PO) 고주파 해법의 장점
6.2 안테나에 사용되는 컴퓨터 이용 전자기학 고주파해법 개요 전기적 대형 구조물에 적합 장-기반 해법 : 기하광학(GO) 광선추적 방법 회절 계산 한계  기하회절이론 / 통합회절이론 하이브리드 방법 개발 전류-기반 해법 : 물리광학(PO) 호이겐스 원리 기반 회절 계산 한계  물리회절이론 고주파 해법의 장점

27 6.3 시뮬레이션 프로그램을 이용한 안테나 설계·해석 실제 사례

28 6.3 시뮬레이션 프로그램을 이용한 안테나 설계·해석 실제 사례
도선형 안테나의 설계와 해석 EZNEC 이용

29 6.3 시뮬레이션 프로그램을 이용한 안테나 설계·해석 실제 사례
도선형 안테나의 설계와 해석

30 6.3 시뮬레이션 프로그램을 이용한 안테나 설계·해석 실제 사례
도선형 안테나의 설계와 해석

31 6.3 시뮬레이션 프로그램을 이용한 안테나 설계·해석 실제 사례
도선형 안테나의 설계와 해석 자유공간 완전접지

32 6.3 시뮬레이션 프로그램을 이용한 안테나 설계·해석 실제 사례
도선형 안테나의 설계와 해석 방사패턴의 변화

33 6.3 시뮬레이션 프로그램을 이용한 안테나 설계·해석 실제 사례
도선형 안테나의 설계와 해석

34 6.3 시뮬레이션 프로그램을 이용한 안테나 설계·해석 실제 사례
도선형 안테나의 설계와 해석

35 6.3 시뮬레이션 프로그램을 이용한 안테나 설계·해석 실제 사례
도선형 안테나의 설계와 해석 입력 임피던스 배열인자 방사패턴

36 도선형 안테나의 설계와 해석 급전 위상차에 따른 변화 분석 도선 메시로 대체된 모델
6.3 시뮬레이션 프로그램을 이용한 안테나 설계·해석 실제 사례 도선형 안테나의 설계와 해석 급전 위상차에 따른 변화 분석 도선 메시로 대체된 모델

37 평면형 안테나의 설계와 해석 Sonnet 이용 평면 구조 회로 모델링 및 해석 모멘트 법 기반
6.3 시뮬레이션 프로그램을 이용한 안테나 설계·해석 실제 사례 평면형 안테나의 설계와 해석 Sonnet 이용 평면 구조 회로 모델링 및 해석 모멘트 법 기반

38 6.3 시뮬레이션 프로그램을 이용한 안테나 설계·해석 실제 사례
도선형 안테나의 설계와 해석

39 6.3 시뮬레이션 프로그램을 이용한 안테나 설계·해석 실제 사례
도선형 안테나의 설계와 해석

40 6.3 시뮬레이션 프로그램을 이용한 안테나 설계·해석 실제 사례
도선형 안테나의 설계와 해석

41 6.3 시뮬레이션 프로그램을 이용한 안테나 설계·해석 실제 사례
도선형 안테나의 설계와 해석

42 6.3 시뮬레이션 프로그램을 이용한 안테나 설계·해석 실제 사례
도선형 안테나의 설계와 해석

43 6.3 시뮬레이션 프로그램을 이용한 안테나 설계·해석 실제 사례
도선형 안테나의 설계와 해석 전송선로 계산 프로그램 이용

44 6.3 시뮬레이션 프로그램을 이용한 안테나 설계·해석 실제 사례
도선형 안테나의 설계와 해석

45 6.3 시뮬레이션 프로그램을 이용한 안테나 설계·해석 실제 사례
도선형 안테나의 설계와 해석

46 6.3 시뮬레이션 프로그램을 이용한 안테나 설계·해석 실제 사례
도선형 안테나의 설계와 해석

47 6.3 시뮬레이션 프로그램을 이용한 안테나 설계·해석 실제 사례
도선형 안테나의 설계와 해석

48 일반적인 안테나의 설계와 해석 HFSS 이용 3차원 전파 FEM 방법 사용 사용자 인터페이스는 5개의 영역으로 구성
6.3 시뮬레이션 프로그램을 이용한 안테나 설계·해석 실제 사례 일반적인 안테나의 설계와 해석 HFSS 이용 3차원 전파 FEM 방법 사용 사용자 인터페이스는 5개의 영역으로 구성

49 6.3 시뮬레이션 프로그램을 이용한 안테나 설계·해석 실제 사례
일반적인 안테나의 설계와 해석 두 개의 공진경로 설계 필요

50 6.3 시뮬레이션 프로그램을 이용한 안테나 설계·해석 실제 사례
일반적인 안테나의 설계와 해석

51 6.3 시뮬레이션 프로그램을 이용한 안테나 설계·해석 실제 사례
일반적인 안테나의 설계와 해석

52 6.3 시뮬레이션 프로그램을 이용한 안테나 설계·해석 실제 사례
일반적인 안테나의 설계와 해석

53 일반적인 안테나의 설계와 해석 시뮬레이션 결과와 측정 결과의 비교
6.3 시뮬레이션 프로그램을 이용한 안테나 설계·해석 실제 사례 일반적인 안테나의 설계와 해석 시뮬레이션 결과와 측정 결과의 비교

54 일반적인 안테나의 설계와 해석 시뮬레이션 결과와 측정 결과의 비교 – S 파라미터
6.3 시뮬레이션 프로그램을 이용한 안테나 설계·해석 실제 사례 일반적인 안테나의 설계와 해석 시뮬레이션 결과와 측정 결과의 비교 – S 파라미터

55 일반적인 안테나의 설계와 해석 FEKO 이용 MoM 기반 & 여러 가지 해석 방식을 혼합해서 사용 대형 구조물 해석이 손쉬움
6.3 시뮬레이션 프로그램을 이용한 안테나 설계·해석 실제 사례 일반적인 안테나의 설계와 해석 FEKO 이용 MoM 기반 & 여러 가지 해석 방식을 혼합해서 사용 대형 구조물 해석이 손쉬움

56 6.3 시뮬레이션 프로그램을 이용한 안테나 설계·해석 실제 사례
일반적인 안테나의 설계와 해석 FEKO 인터페이스

57 6.3 시뮬레이션 프로그램을 이용한 안테나 설계·해석 실제 사례
일반적인 안테나의 설계와 해석

58 6.3 시뮬레이션 프로그램을 이용한 안테나 설계·해석 실제 사례
일반적인 안테나의 설계와 해석 구조물 표면의 삼각형 메시

59 6.3 시뮬레이션 프로그램을 이용한 안테나 설계·해석 실제 사례
일반적인 안테나의 설계와 해석

60 6.3 시뮬레이션 프로그램을 이용한 안테나 설계·해석 실제 사례
일반적인 안테나의 설계와 해석

61 6.3 시뮬레이션 프로그램을 이용한 안테나 설계·해석 실제 사례
일반적인 안테나의 설계와 해석

62 6.4 요약

63 컴퓨터 시뮬레이션 소프트웨어 이용한 안테나 설계 예제
6.4 요약 CEM 방법 : 안테나 설계에 사용 MoM 중심 설명 전자기장 방정식의 수치해법 안테나 파라미터 해법 컴퓨터 시뮬레이션 소프트웨어 이용한 안테나 설계 예제 EZNEC SONNET HFSS FEKO

64 Q & A