KR101315569B1 - Method for numerical analysis of electromagnetic waves and apparatus for thereof - Google Patents

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KR101315569B1 KR1020120016466A KR20120016466A KR101315569B1 KR 101315569 B1 KR101315569 B1 KR 101315569B1 KR 1020120016466 A KR1020120016466 A KR 1020120016466A KR 20120016466 A KR20120016466 A KR 20120016466A KR 101315569 B1 KR101315569 B1 KR 101315569B1
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Abstract

본 발명은, RWG(Rao-Wilton-Glisson) 기저함수를 사용하여 산란체의 표면을 복수의 삼각형으로 분할하고, 상기 삼각형의 각 꼭짓점 좌표를 획득하는 단계와, 상기 복수의 삼각형 중 인접한 두 삼각형으로 구성된 제1 삼각형 쌍을 전원점 영역으로, 제2 삼각형 쌍을 관측점 영역으로 설정하는 단계와, 상기 전원점 영역과 상기 관측점 영역의 각 꼭짓점 좌표를 이용하여 상기 전원점 영역과 상기 관측점 영역 사이의 상대거리 지수를 연산하는 단계와, 상기 상대거리 지수를 기 설정된 임계치와 비교하는 단계, 및 상기 상대거리 지수가 상기 임계치 미만이면 갤러킨 기법(Galerkin Method)을 사용하고 상기 임계치 이상이면 중심점 보간법(Center-point Interpolation Method)을 사용하여 상기 산란체에 대한 임피던스 행렬의 각 원소를 계산하는 단계를 포함하는 전자파 수치해석 방법을 제공한다.
본 발명에 따른 전자파 수치해석 방법 및 장치에 따르면, 임의의 금속 산란체의 전자파 산란특성을 효과적으로 해석하기 위해서 EFIE(Electric Field Integral Equation)와 RWG(Rao-Wilton-Glisson) 기저함수를 적용한 모멘트법(Method of Moment)의 임피던스 행렬 계산 시에 갤러킨 기법(Galerkin Method)과 중심점 보간법(Center-point Interpolation Method)을 혼용하여 계산 효율을 높이고 정확도를 유지시킬 수 있는 이점이 있다.
According to the present invention, a surface of a scatterer is divided into a plurality of triangles by using a Rao-Wilton-Glisson (RWG) basis function, and each vertex coordinate of the triangle is obtained. Setting the configured first triangular pair as a power point region and a second triangular pair as a viewpoint point region, and using the vertex coordinates of the power point region and the viewpoint point region, the relative between the power point region and the viewpoint point region Calculating a distance index, comparing the relative distance index with a preset threshold, and using the Galerkin method if the relative distance index is less than the threshold, and interpolating if the relative distance index is less than the threshold. electromagnetic wave numerical analysis comprising calculating each element of the impedance matrix for the scatterer using a point interpolation method ≪ / RTI >
According to the electromagnetic wave numerical analysis method and apparatus according to the present invention, in order to effectively analyze the electromagnetic wave scattering characteristics of any metal scattering body, the moment method applying the electric field integral equation (EFIE) and the Rao-Wilton-Glisson (RWG) basis function ( When calculating the impedance matrix of the Method of Moment, the Galerkin method and the Center-point Interpolation Method can be used to increase the calculation efficiency and maintain the accuracy.

Description

전자파 수치해석 방법 및 장치{Method for numerical analysis of electromagnetic waves and apparatus for thereof}Method for numerical analysis of electromagnetic waves and apparatus for

본 발명은 전자파 수치해석 방법 및 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 임의의 금속 산란체의 전자파 산란특성을 효과적으로 해석할 수 있는 전자파 수치해석 방법 및 장치에 관한 것이다.The present invention relates to an electromagnetic wave numerical analysis method and apparatus, and more particularly to an electromagnetic wave numerical analysis method and apparatus that can effectively analyze the electromagnetic wave scattering characteristics of any metal scattering body.

임의의 모양을 갖는 산란체(scatterer)의 전자파 산란 특성을 분석하기 위해 다양한 수치해석 기법들이 이용된다. 특히, 원거리(far-zone)의 전자파 산란 및 방사 특성분석을 위해 EFIE(electric field integral equation), MFIE(magnetic field integral equation), CFIE(combined field integral equation) 등의 적분방정식을 이용한 모멘트법(method of moments)이 일반적이다. 여기서 수치해석을 위한 산란체의 재질과 해석환경에 따라 그에 적합한 적분방정식을 선택할 수 있다. Various numerical techniques are used to analyze the scattering characteristics of randomly shaped scatterers. In particular, the moment method using integral equations such as electric field integral equation (EFIE), magnetic field integral equation (MFIE), and combined field integral equation (CFIE) for far-zone electromagnetic wave scattering and radiation analysis of moments) is common. The integral equation can be selected according to the material and analysis environment of the scatterer for numerical analysis.

3차원 공간의 임의의 모양을 갖는 산란체의 전자파 응답특성을 모멘트법으로 분석하기 위해서 산란체 표면전류를 표현하기 위한 다양한 기저함수를 적용할 수 있다. 예를 들어, 펄스 기저함수는 사용범위가 넓고 표현이 간단한 장점이 있으나, 직각좌표계를 이용하여 임의의 구조 해석에 한계가 있다. 반면, 최근 가장 폭넓게 사용되고 충분한 검증이 이루어진 RWG(Rao-Wilton-Glisson) 기저함수는 임의의 산란체 표현이 용이하여 최적의 표면전류 계산이 가능하다. 펄스 함수를 기저 함수로 사용한 모멘트법을 이용한 종래기술은 한국통신학회논문지, 12(6), 571-579, 1987, '외삽 근사법을 이용한 완전 도체 다각주의 전자파 산란 해석'으로 기재되어 있다.In order to analyze the electromagnetic response characteristics of a scatterer having an arbitrary shape in a three-dimensional space by the moment method, various basis functions for expressing the scatterer surface current can be applied. For example, the pulse basis function has a wide range of use and a simple expression, but there is a limit to an arbitrary structural analysis using a rectangular coordinate system. On the other hand, RWG (Rao-Wilton-Glisson) basis function, which has been widely used and sufficiently verified in recent years, can easily calculate arbitrary surface scatterers and thus calculate optimal surface current. The prior art using the moment method using the pulse function as a basis function is described in the Korean Institute of Communication Sciences, 12 (6), 571-579, 1987, 'Electromagnetic Scattering Analysis of Full Conducting Polygonists Using Extrapolation Approximation'.

모멘트법 적용을 위해 유한한 요소로 표현되는 표면전류는 기저함수와 시험함수에 의해서 점정합(point matching) 기법과 갤러킨 기법(Galerkin Method)에 의해 행렬 표현식으로 나타낼 수 있다. 여기서, 임의의 산란체 해석을 위해서 RWG 기저함수와 동일한 시험함수를 이용하는 갤러킨 기법을 적용할 수 있다. The surface current, which is expressed as a finite element for applying the moment method, can be represented by matrix expressions by point matching method and Galerkin method by base function and test function. Here, the Galerkin technique using the same test function as the RWG basis function can be applied for any scatterer analysis.

갤러킨 기법은 임의의 전원점(source point) 영역과 관측점(observation point) 영역 사이의 계산 정확도 향상에 도움이 되나, 산란체 표면을 구성하는 모든 영역에 대해 복잡한 수치적분을 시도하게 되어 계산 소요 시간이 늘어나는 단점을 갖게 된다.The Galerkin technique helps to improve the accuracy of calculations between arbitrary source point and observation point areas, but it takes time to calculate complex numerical integrations for all the areas that make up the scatterer surface. This has the growing disadvantage.

본 발명은, 임의의 금속 산란체의 전자파 산란특성을 효과적으로 해석하기 위해서 EFIE(Electric Field Integral Equation)와 RWG(Rao-Wilton-Glisson) 기저함수를 적용한 모멘트법(Method of Moment)의 임피던스 행렬 계산 시에 갤러킨 기법(Galerkin Method)과 중심점 보간법(Center-point Interpolation Method)을 혼용하여 계산 효율을 높이고 정확도를 유지시킬 수 있는 전자파 수치해석 방법 및 장치를 제공하는데 목적이 있다.The present invention, when calculating the impedance matrix of the method of the moment (Method of Moment) applying the electric field integration Equation (EFIE) and the Rao-Wilton-Glisson (RWW) basis function to effectively analyze the electromagnetic scattering characteristics of any metal scatterer The purpose of this study is to provide a method and apparatus for electromagnetic wave numerical analysis that can improve the calculation efficiency and maintain the accuracy by using the Galerkin method and the center-point interpolation method.

본 발명은, RWG(Rao-Wilton-Glisson) 기저함수를 사용하여 산란체의 표면을 복수의 삼각형으로 분할하고, 상기 삼각형의 각 꼭짓점 좌표를 획득하는 단계와, 상기 복수의 삼각형 중 인접한 두 삼각형으로 구성된 제1 삼각형 쌍을 전원점 영역으로, 제2 삼각형 쌍을 관측점 영역으로 설정하는 단계와, 상기 전원점 영역과 상기 관측점 영역의 각 꼭짓점 좌표를 이용하여 상기 전원점 영역과 상기 관측점 영역 사이의 상대거리 지수를 연산하는 단계와, 상기 상대거리 지수를 기 설정된 임계치와 비교하는 단계, 및 상기 상대거리 지수가 상기 임계치 미만이면 갤러킨 기법(Galerkin Method)을 사용하고 상기 임계치 이상이면 중심점 보간법(Center-point Interpolation Method)을 사용하여 상기 산란체에 대한 임피던스 행렬의 각 원소를 계산하는 단계를 포함하는 전자파 수치해석 방법을 제공한다.According to the present invention, a surface of a scatterer is divided into a plurality of triangles by using a Rao-Wilton-Glisson (RWG) basis function, and each vertex coordinate of the triangle is obtained. Setting the configured first triangular pair as a power point region and a second triangular pair as a viewpoint point region, and using the vertex coordinates of the power point region and the viewpoint point region, the relative between the power point region and the viewpoint point region Calculating a distance index, comparing the relative distance index with a preset threshold, and using the Galerkin method if the relative distance index is less than the threshold, and interpolating if the relative distance index is less than the threshold. electromagnetic wave numerical analysis comprising calculating each element of the impedance matrix for the scatterer using a point interpolation method Provide a method.

여기서, 상기 상대거리 지수를 연산하는 단계는, 상기 전원점 영역 내의 한 개의 삼각형의 무게 중심과 상기 관측점 영역 내의 한 개의 삼각형의 무게 중심 사이에 대한 상대거리 지수를 각각 연산하고, 상기 상대거리 지수 Radj _ cond는 아래의 수학식을 통해 연산할 수 있다.The calculating of the relative distance index may include calculating a relative distance index between the center of gravity of one triangle in the power point region and the center of gravity of one triangle in the observation point region, and the relative distance index R adj _ cond can be calculated by the following equation.

Figure 112012012994754-pat00001
Figure 112012012994754-pat00001

여기서, Ls는 상기 전원점 영역 내의 한 개의 삼각형의 무게중심으로부터 상기 전원점 영역 내의 두 삼각형의 각 꼭짓점 까지의 거리 중 가장 큰 거리, Lo는 상기 관측점 영역 내의 한 개의 삼각형의 무게중심으로부터 상기 관측점 영역 내의 두 삼각형의 각 꼭짓점 까지의 거리 중 가장 큰 거리,

Figure 112012012994754-pat00002
는 상기 전원점 영역 내의 한 개의 삼각형의 무게중심과 상기 관측점 영역 내의 한 개의 삼각형의 무게중심 사이의 거리를 나타낸다.Where L s is the largest distance from the center of gravity of one triangle in the power point area to each vertex of two triangles in the power point area, L o is the center of gravity of one triangle in the viewpoint area The largest of the distances to each vertex of the two triangles within the viewpoint area,
Figure 112012012994754-pat00002
Denotes the distance between the center of gravity of one triangle in the power point area and the center of gravity of one triangle in the viewpoint area.

그리고, 상기 전원점 영역과 상기 관측점 영역은 서로 인접 또는 이격되어 있고, 상기 임계치는 1 내지 1.5 사이의 값이며, 상기 상대거리 지수 Radj _ cond가 상기 임계치보다 작으면 해당 원소는 상기 임피던스 행렬 내의 주 대각선 주변에 배열되고, 상기 상대거리 지수 Radj _ cond가 상기 임계치보다 크면 해당 원소는 상기 임피던스 행렬 내의 상삼각 또는 하삼각 부근에 배열될 수 있다.The power point region and the observation point region are adjacent to or spaced apart from each other, and the threshold is a value between 1 and 1.5, and when the relative distance index R adj _ cond is smaller than the threshold, the element is in the impedance matrix. If the relative distance index R adj _ cond is greater than the threshold, the element may be arranged near the upper or lower triangle in the impedance matrix.

또한, 상기 임피던스 행렬 내의 주 대각선 상에 위치한 원소는 상기 상대거리 지수가 0인 경우에 대응되는 임피던스 값들이고, 상기 전원점 영역과 상기 관측점 영역의 이격 정도가 클수록, 상기 계산된 원소는 상기 임피던스 행렬 내에서 상기 주 대각선 상의 원소로부터 이격된 곳에 위치할 수 있다.In addition, the elements located on the main diagonal in the impedance matrix are impedance values corresponding to the relative distance index of 0, and as the distance between the power point region and the observation point region increases, the calculated element is the impedance matrix. And may be located at a distance from the element on the main diagonal.

또한, 상기 전자파 수치해석 방법은, 상기 임피던스 행렬에 대한 역행렬을 계산하는 단계, 및 상기 임피던스 행렬의 역행렬과 입사파 행렬을 이용하여 표면전류 행렬을 연산하는 단계를 더 포함할 수 있다.The electromagnetic wave numerical analysis method may further include calculating an inverse matrix of the impedance matrix, and calculating a surface current matrix using the inverse matrix and the incident wave matrix of the impedance matrix.

그리고, 본 발명은, RWG(Rao-Wilton-Glisson) 기저함수를 사용하여 산란체의 표면을 복수의 삼각형으로 분할하고, 상기 삼각형의 각 꼭짓점 좌표를 획득하는 분할부와, 상기 복수의 삼각형 중 인접한 두 삼각형으로 구성된 제1 삼각형 쌍을 전원점 영역으로, 제2 삼각형 쌍을 관측점 영역으로 설정하는 영역 설정부와, 상기 전원점 영역과 상기 관측점 영역의 각 꼭짓점 좌표를 이용하여 상기 전원점 영역과 상기 관측점 영역 사이의 상대거리 지수를 연산하는 지수 연산부와, 상기 상대거리 지수를 기 설정된 임계치와 비교하는 비교부, 및 상기 상대거리 지수가 상기 임계치 미만이면 갤러킨 기법(Galerkin Method)을 사용하고 상기 임계치 이상이면 중심점 보간법(Center-point Interpolation Method)을 사용하여 상기 산란체에 대한 임피던스 행렬의 각 원소를 계산하는 임피던스 연산부를 포함하는 전자파 수치해석 장치를 제공한다.According to the present invention, a splitter for dividing a surface of a scatterer into a plurality of triangles by using a Rao-Wilton-Glisson (RWG) basis function, and obtaining a vertex coordinate of each of the triangles, and an adjacent one of the plurality of triangles. An area setting unit configured to set a first triangle pair composed of two triangles as a power point region, and a second triangle pair as a viewpoint point region, and using the vertex coordinates of the power point region and the viewpoint point region, An exponent calculator for calculating a relative distance index between the observation point regions, a comparator for comparing the relative distance index with a preset threshold, and using the Galerkin method if the relative distance index is less than the threshold, and using the threshold value. If this is the case, Impedon calculates each element of the impedance matrix for the scatterer using the Center-point Interpolation Method. It provides an electromagnetic wave numerical analysis device including a switch operator.

여기서, 상기 지수 연산부는, 상기 전원점 영역 내의 한 개의 삼각형의 무게 중심과 상기 관측점 영역 내의 한 개의 삼각형의 무게 중심 사이에 대한 상대거리 지수를 각각 연산하고, 상기 상대거리 지수 Radj _ cond는 아래의 수학식을 통해 연산할 수 있다.Here, the exponential operator calculates a relative distance index between the center of gravity of one triangle in the power point area and the center of gravity of one triangle in the viewpoint area, and the relative distance index R adj _ cond is Can be calculated through the equation.

Figure 112012012994754-pat00003
Figure 112012012994754-pat00003

여기서, Ls는 상기 전원점 영역 내의 한 개의 삼각형의 무게중심으로부터 각 꼭짓점 까지의 거리 중 가장 큰 거리, Lo는 상기 관측점 영역 내의 한 개의 삼각형의 무게중심으로부터 각 꼭짓점 까지의 거리 중 가장 큰 거리, │rs c ±-ro c ±│는 상기 전원점 영역 내의 한 개의 삼각형의 무게중심과 상기 관측점 영역 내의 한 개의 삼각형의 무게중심 사이의 거리를 나타낸다.Here, L s is the largest distance of the distance from the center of gravity of one triangle to each vertex in the power point area, L o is the largest distance of the distance from the center of gravity of one triangle in the viewpoint area to each vertex , R s c ± -r o c ± │ represents the distance between the center of gravity of one triangle in the power point region and the center of gravity of one triangle in the observation point region.

또한, 상기 전자파 수치해석 장치는, 상기 임피던스 행렬에 대한 역행렬을 계산하는 역행렬 계산부, 및 상기 임피던스 행렬의 역행렬과 입사파 행렬을 이용하여 표면전류 행렬을 연산하는 표면전류 연산부를 더 포함할 수 있다.The electromagnetic wave numerical analysis device may further include an inverse matrix calculator configured to calculate an inverse matrix with respect to the impedance matrix, and a surface current calculator configured to calculate a surface current matrix using the inverse matrix and the incident wave matrix of the impedance matrix. .

본 발명에 따른 전자파 수치해석 방법 및 장치에 따르면, 임의의 금속 산란체의 전자파 산란특성을 효과적으로 해석하기 위해서 EFIE(Electric Field Integral Equation)와 RWG(Rao-Wilton-Glisson) 기저함수를 적용한 모멘트법(Method of Moment)의 임피던스 행렬 계산 시에 갤러킨 기법(Galerkin Method)과 중심점 보간법(Center-point Interpolation Method)을 혼용하여 계산 효율을 높이고 정확도를 유지시킬 수 있는 이점이 있다.According to the electromagnetic wave numerical analysis method and apparatus according to the present invention, in order to effectively analyze the electromagnetic wave scattering characteristics of any metal scattering body, the moment method applying the electric field integral equation (EFIE) and the Rao-Wilton-Glisson (RWG) basis function ( When calculating the impedance matrix of the Method of Moment, the Galerkin method and the Center-point Interpolation Method can be used to increase the calculation efficiency and maintain the accuracy.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전자파 수치해석 장치를 나타낸다.
도 2는 도 1을 이용한 전자파 수치해석 방법의 흐름도를 나타낸다.
도 3은 도 2의 S210 단계에서 RWG 기저함수를 사용하여 구형의 산란체 표면이 여러 개의 삼각형들로 분할된 예시도이다.
도 4는 도 2의 S220 단계에서 삼각형 쌍의 기하 구조의 예를 나타낸다.
도 5는 도 2의 S220 단계에서의 다른 기하 구조의 예를 나타낸다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 개선된 모멘트법을 이용한 임피던스 행렬의 구성도이다.
도 7은 특정 삼각형 영역에 대한 수치 적분 결과를 나타낸다.
도 8은 본 발명의 실시예를 적용한 경우 상대거리 지수의 임계치 변화에 따른 계산속도와 오차를 나타낸다.
도 9는 기존의 모멘트법과 본 발명에 따른 개선된 모멘트법을 이용한 경우의 금속구의 Bistatic RCS를 계산한 결과이다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 삼면-/전방향 전파반사기의 monostatic RCS 특성을 분석 결과를 나타낸다.
1 shows an electromagnetic wave numerical analysis apparatus according to an embodiment of the present invention.
2 is a flowchart illustrating an electromagnetic wave numerical analysis method using FIG. 1.
FIG. 3 is an exemplary diagram in which a spherical scatterer surface is divided into several triangles using the RWG basis function in step S210 of FIG. 2.
FIG. 4 shows an example of the geometry of a triangular pair in step S220 of FIG. 2.
FIG. 5 shows an example of another geometry in step S220 of FIG. 2.
6 is a schematic diagram of an impedance matrix using an improved moment method according to an embodiment of the present invention.
7 shows the numerical integration results for specific triangular regions.
8 shows the calculation speed and the error according to the threshold value change of the relative distance index when the embodiment of the present invention is applied.
9 is a result of calculating the Bistatic RCS of the metal sphere when using the conventional moment method and the improved moment method according to the present invention.
Figure 10 shows the results of the analysis of the monostatic RCS characteristics of the three- / forward wave reflector according to an embodiment of the present invention.

그러면 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다.DETAILED DESCRIPTION Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art may easily implement the present invention.

본 발명은 전자파 수치해석 방법 및 장치에 관한 것으로서, 3차원 공간의 전자파 수치해석을 위한 기존 모멘트법(method of moments)에 비해 개선된 모멘트 해석 기법을 제공한다. BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method and apparatus for numerical analysis of electromagnetic waves, and provides an improved moment analysis technique as compared to existing method of moments for electromagnetic numerical analysis in three-dimensional space.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전자파 수치해석 장치를 나타낸다. 상기 전자파 수치해석 장치(100)는 분할부(110), 영역 설정부(120), 지수 연산부(130), 비교부(140), 임피던스 연산부(150), 역행렬 계산부(160), 표면전류 연산부(170)를 포함한다.1 shows an electromagnetic wave numerical analysis apparatus according to an embodiment of the present invention. The electromagnetic wave numerical analysis apparatus 100 includes a divider 110, an area setting unit 120, an exponential calculator 130, a comparator 140, an impedance calculator 150, an inverse matrix calculator 160, and a surface current calculator. And 170.

분할부(110)는 RWG(Rao-Wilton-Glisson) 기저함수를 사용하여 금속 산란체의 표면을 복수의 삼각형으로 분할하고, 상기 분할된 삼각형의 각 꼭짓점 좌표를 획득한다. The divider 110 divides the surface of the metal scatterer into a plurality of triangles by using a Rao-Wilton-Glisson (RWG) basis function, and obtains coordinates of each vertex of the divided triangles.

영역 설정부(120)는 복수의 삼각형 중 인접한 두 삼각형으로 구성된 제1 삼각형 쌍을 전원점 영역으로, 제2 삼각형 쌍을 관측점 영역으로 설정한다. 산란체의 표면의 쪼개진 삼각형의 개수는 매우 많기 때문에 전원점 영역과 관측점 영역은 여러 개가 존재하게 된다. 이러한 전원점 영역과 상기 관측점 영역은 서로 인접 또는 이격되어 있다.The area setting unit 120 sets a first triangle pair composed of two adjacent triangles among the plurality of triangles as a power point region and a second triangle pair as an observation point region. Since the number of split triangles on the surface of the scatterer is very large, there are several power point regions and observation point regions. The power point area and the viewpoint area are adjacent to or spaced apart from each other.

지수 연산부(130)는 상기 전원점 영역과 상기 관측점 영역의 각 꼭짓점 좌표를 이용하여, 전원점 영역과 관측점 영역 사이의 상대거리 지수를 연산한다. 관측점 영역과 꼭짓점 영역 사이의 물리적인 이격 거리가 클수록 상대거리 지수는 커질 것이다.The exponent calculator 130 calculates a relative distance index between the power point area and the observation point area by using the vertex coordinates of the power point area and the observation point area. The larger the physical separation between the viewpoint area and the vertex area, the larger the relative distance index will be.

그리고 비교부(140)는 상기 상대거리 지수를 기 설정된 임계치와 비교한다. 여기서 임계치는 1 내지 1.5 사이의 값을 가지는데, 본 발명이 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.The comparison unit 140 compares the relative distance index with a preset threshold. The threshold here has a value between 1 and 1.5, but the present invention is not necessarily limited thereto.

임피던스 연산부(150)에서는 상대거리 지수가 임계치 미만이면 갤러킨 기법(Galerkin Method)을 사용하여 상기 산란체에 대한 임피던스 행렬의 각 원소를 계산한다. 또한, 임피던스 연산부(150)는 상대거리 지수가 임계치 이상이면 중심점 보간법(Center-point Interpolation Method)을 사용하여 상기 산란체에 대한 임피던스 행렬의 각 원소를 계산한다. 즉, 임피던스 연산부(150)는 임피던스 연산 시에 상기 상대거리 지수의 값에 따라서 갤러킨 기법과 중심점 보간법 중 어느 한 가지 방식을 선택적으로 사용한다.If the relative distance index is less than the threshold, the impedance calculator 150 calculates each element of the impedance matrix for the scatterer using the Galerkin method. Also, if the relative distance index is greater than or equal to the threshold, the impedance calculator 150 calculates each element of the impedance matrix for the scatterer using a center-point interpolation method. That is, the impedance calculation unit 150 selectively uses one of the Galerkin method and the center point interpolation method according to the value of the relative distance index during the impedance calculation.

기본적으로 모멘트법은 표면전류 행렬 [I]를 얻기 위하여 행렬 식을 이용하여 입사파 행렬 [B]의 각 원소와 산란체 구조에 따른 임피던스 행렬 [Z]의 각 원소를 계산하고, 임피던스 행렬의 역변환으로부터 표면전류의 모든 원소를 계산하는 일련의 과정을 나타낸다. 이러한 과정 중 특히 임피던스 행렬을 계산하기 위해 대부분의 시간이 소요된다. Basically, the moment method calculates each element of the incident wave matrix [B] and each element of the impedance matrix [Z] according to the scatterer structure by using the matrix equation to obtain the surface current matrix [I], and inverse transformation of the impedance matrix. A series of processes for calculating all the elements of surface current from During this process, most of the time is spent, especially in calculating the impedance matrix.

이와 관련하여, 기존에 갤러킨 기법을 이용한 이중 적분은 계산 결과가 높은 신뢰도를 보이나 상당한 계산 시간이 소요되는 단점이 있다. 또한 중심점 보간법은 적분식 계산을 간소화시킨 방식으로서 계산 소요 시간적인 면에서는 훨씬 이득을 주지만 계산 정확도가 떨어지는 단점이 있다.In this regard, the existing double integration using the Galerkin technique shows a high reliability of the calculation results but takes a considerable amount of calculation time. In addition, the center interpolation method is a method of simplifying the integral calculation, which gives a much better gain in terms of calculation time, but has a disadvantage of inferior calculation accuracy.

본 발명에서는 상대거리 지수가 임계치 이상인 경우에는 임의 전원점 영역과 관측점 영역에 대한 수치적분의 계산 시간을 단축시키기 위하여 갤러킨 기법 대신에 중심점 보간법을 사용하도록 한다. 이러한 본 발명의 방법은 두 기법에서의 단점을 상호 보완하기 위한 것으로서 전체적으로 임피던스 계산 소요 시간을 획기적으로 줄이면서 계산의 정확도는 유지할 수 있게 한다. 중심점 보간법에 따른 정확도 문제는 이후 후술할 전원점 영역과 관측점 영역 사이의 상대거리 지수의 정의를 통해 해결하도록 한다.In the present invention, when the relative distance index is greater than or equal to the threshold, the center point interpolation method is used instead of the Galerkin method in order to shorten the calculation time of the numerical integration for the arbitrary power point region and the observation point region. The method of the present invention is intended to compensate for the shortcomings of the two techniques, and it is possible to drastically reduce the time required for impedance calculation and to maintain the accuracy of the calculation. The accuracy problem according to the center point interpolation method will be solved by defining a relative distance index between the power point region and the observation point region which will be described later.

이상과 같이 본 발명은 전자파 산란특성을 해석하기 위해 기본적으로 EFIE(electric field integral equation)와 RWG 기저함수를 이용하며, 계산 효율을 높이기 위해 기존의 갤러킨 기법과 중심점 보간법을 혼용하여 해석 시간을 단축시키는 동시에 계산의 정확도는 유지시키도록 한다.As described above, the present invention basically uses the electric field integral equation (EFIE) and the RWG basis function to analyze the electromagnetic wave scattering characteristics, and reduces the analysis time by using the existing Galerkin technique and the center point interpolation method to increase the computational efficiency. While maintaining the accuracy of the calculations.

역행렬 계산부(160)는 상기 임피던스 행렬 [Z]에 대한 역행렬 [Z]-1을 계산한다. 표면전류 연산부(170)는 상기 임피던스 행렬의 역행렬 [Z]-1과 입사파 행렬 [B]를 이용하여 표면전류 행렬[I]을 연산한다. 이는 [B]=[Z][I]의 식에 의한 것이다.The inverse matrix calculator 160 calculates an inverse matrix [Z] −1 for the impedance matrix [Z]. The surface current calculator 170 calculates the surface current matrix [I] using the inverse matrix [Z] −1 and the incident wave matrix [B] of the impedance matrix. This is due to the formula [B] = [Z] [I].

도 2는 도 1을 이용한 전자파 수치해석 방법의 흐름도를 나타낸다. 이하에서는 도 2를 참조로 하여 전자파 수치해석 방법에 관하여 상세히 알아본다.2 is a flowchart illustrating an electromagnetic wave numerical analysis method using FIG. 1. Hereinafter, the electromagnetic wave numerical analysis method will be described in detail with reference to FIG. 2.

먼저, RWG(Rao-Wilton-Glisson) 기저함수를 사용하여 산란체의 표면을 복수의 삼각형으로 분할하고, 상기 삼각형의 각 꼭짓점 좌표를 획득한다(S210). First, the surface of the scatterer is divided into a plurality of triangles by using a Rao-Wilton-Glisson (RWG) basis function, and each vertex coordinate of the triangle is obtained (S210).

일반적으로 RWG 기저함수는 삼각형으로 분할된 산란체 표면을 흐르는 표면전류를 각 삼각형의 모서리를 통과하는 수직 성분의 크기와 방향으로 표현하는 방법이다. 도 3은 도 2의 S210 단계에서 RWG 기저함수를 사용하여 구형의 산란체(금속구) 표면이 여러 개의 삼각형들로 분할된 예시도이다. 이러한 RWG 기저함수는 임의의 산란체 표현이 용이하여 최적의 표면전류 계산이 가능하게 한다.In general, the RWG basis function is a method of expressing the surface current flowing through the scattering body divided into triangles by the size and direction of the vertical component passing through the edge of each triangle. FIG. 3 is an exemplary diagram in which a spherical scatterer (metal sphere) surface is divided into several triangles using the RWG basis function in step S210 of FIG. 2. This RWG basis function facilitates the expression of arbitrary scatterers and enables the optimal surface current calculation.

이러한 RWG 기저함수를 사용하는 모멘트법에 대한 공지된 간단한 원리는 다음과 같다.The known simple principle for the moment method using this RWG basis function is as follows.

아래의 수학식 1과 수학식 2는 EFIE 전계를 위해 3차원 공간 상에 위치한 임의의 금속 산란체의 표면 전계를 경계면 조건

Figure 112012012994754-pat00004
을 적용해 나타낸 것이다. Equations 1 and 2 below represent the boundary conditions of the surface electric field of any metal scatterer located in three-dimensional space for the EFIE electric field.
Figure 112012012994754-pat00004
This is shown by applying.

Figure 112012012994754-pat00005
Figure 112012012994754-pat00005

여기서,

Figure 112012012994754-pat00006
는 전계(electric field)이며, 위첨자 i(incident)와 s(scattered)는 입사파와 산란파를 나타낸 것이다. 아래첨자 tan(tangential)은 산란체 표면과 수평인 방향 성분을 나타낸다.
Figure 112012012994754-pat00007
는 magnetic vector potential이고, Φ는 scalar pontential 이다. ω=2πf0이며 f0는 중심주파수이다.here,
Figure 112012012994754-pat00006
Is an electric field, and the superscripts i (incident) and s (scattered) represent incident and scattered waves. The subscript tan (tangential) indicates the direction component that is parallel to the scatterer surface.
Figure 112012012994754-pat00007
Is the magnetic vector potential and Φ is the scalar potential. ω = 2πf 0 and f 0 is the center frequency.

Figure 112012012994754-pat00008
Figure 112012012994754-pat00008

ε,μ,σ는 각각 유전율(permittivity),투자율(permeability) 그리고 도전율(conductivity)이다. 또한,

Figure 112012012994754-pat00009
은 관측점 영역 내 좌표값이며,
Figure 112012012994754-pat00010
은 전원점 영역 내 좌표값이다. S는 적분영역을 나타낸다.ε, μ and σ are the permittivity, permeability and conductivity, respectively. Also,
Figure 112012012994754-pat00009
Is the coordinate in the viewpoint area,
Figure 112012012994754-pat00010
Is the coordinate value in the power point area. S represents an integration region.

수학식 3과 수학식 4는 RWG 기저함수의 정의와 발산 특성을 나타낸 것이고, 수학식 5는 산란체 표면에 흐르는 전류분포를 RWG 기저함수를 이용한 미소전류의 합으로 표현한 것이다.Equations 3 and 4 show the definition and divergence characteristics of the RWG basis function, and Equation 5 expresses the current distribution flowing on the scatterer surface as the sum of the microcurrents using the RWG basis function.

Figure 112012012994754-pat00011
Figure 112012012994754-pat00011

수학식 3은 RWG 기저함수의 정의를 수학식으로 표현한 것으로, n-번째의 삼각형 쌍구조에서 Tn+는 (+)영역의 삼각형이고 Tn-는 (-)영역의 삼각형이다. 이때, An+, An-는 각 삼각형의 넓이를 나타난다. ln는 삼각형 쌍 구조에서 사이에 끼인 모서리의 길이이다.

Figure 112012012994754-pat00012
,
Figure 112012012994754-pat00013
각 삼각형 내부에 위치하는 벡터 성분이다.Equation 3 represents the definition of the RWG basis function. In the n-th triangle pair structure, Tn + is a triangle of the (+) region and Tn is a triangle of the (−) region. In this case, An + and An - represent the width of each triangle. ln is the length of the intervening edge in the triangular pair structure.
Figure 112012012994754-pat00012
,
Figure 112012012994754-pat00013
Vector component located inside each triangle.

Figure 112012012994754-pat00014
Figure 112012012994754-pat00014

이러한 수학식 4는 RWG 기저함수의 발산 정리(divergence theorem)를 수학식으로 나타낸 것이다.Equation 4 represents the divergence theorem of the RWG basis function as an equation.

Figure 112012012994754-pat00015
Figure 112012012994754-pat00015

여기서,

Figure 112012012994754-pat00016
는 산란체 표면을 흐르는 표면전류이며, 이때 표면전류는 RWG 기저함수로 분할된 요소들의 합으로서 나타낸다. an은 n-번째 RWG 기저함수의 크기를 나타내는 계수이다.here,
Figure 112012012994754-pat00016
Is the surface current flowing through the scatterer surface, where surface current is expressed as the sum of the elements divided by the RWG basis function. a n is a coefficient representing the size of the n-th RWG basis function.

이때, RWG 기저함수는 삼각형으로 분할된 산란체의 표면전류를 삼각형 쌍 구조의 내부 모서리를 수적으로 통과하는 벡터상분으로 정의된다.In this case, the RWG basis function is defined as a vector phase through which the surface current of the scatterer divided into triangles numerically passes through the inner edge of the triangle pair structure.

RWG 기저함수로 표현된 표면전류에 대한 수학식 5와 앞서 수학식 1을 이용하면 수학식 6과 같은 EFIE로 정리된다.Using Equation 5 and Equation 1 for the surface current represented by the RWG basis function, the EFIE is summarized as in Equation 6.

Figure 112012012994754-pat00017
Figure 112012012994754-pat00017

Figure 112012012994754-pat00018
은 산란체 표면에 수평한 유닛벡터 성분이다. k는 전파상수(propagation constant)이다.
Figure 112012012994754-pat00018
Is the unit vector component horizontal to the scatterer surface. k is a propagation constant.

여기서,

Figure 112012012994754-pat00019
이다.here,
Figure 112012012994754-pat00019
to be.

이러한 수학식 6은 다시 수학식 7과 같은 행렬식으로 표현될 수 있다.Equation 6 may again be expressed as a determinant such as Equation 7.

Figure 112012012994754-pat00020
Figure 112012012994754-pat00020

이러한 수학식 7은 앞서 설명한 바 있다. 즉, 임피던스 행렬의 역행렬 [Z]-1과 입사파 행렬 [B]를 이용한다면, 역으로 표면전류 행렬[I]을 연산할 수 있다.Equation 7 has been described above. That is, if the inverse matrix [Z] -1 of the impedance matrix and the incident wave matrix [B] are used, the surface current matrix [I] can be calculated inversely.

여기서, 임피던스 행렬 [Z] 내의 원소 Zmn는 수학식 8과 같이 표현할 수 있고, 입사파 행렬 [B] 내의 원소는 수학식 9와 같이 표현할 수 있다. m과 n은 행렬의 열 넘버, 행 넘버를 각각 의미한다. 따라서, Zmn이란 임피던스 행렬 [Z] 내에서 m번째 행과 n번째 열에 해당되는 원소를 의미한다.Here, the element Z mn in the impedance matrix [Z] can be expressed as Equation 8, and the element in the incident wave matrix [B] can be expressed as Equation 9. m and n are the column and row numbers of the matrix, respectively. Accordingly, Z mn means an element corresponding to the m th row and the n th column in the impedance matrix [Z].

Figure 112012012994754-pat00021
Figure 112012012994754-pat00021

Zmn은 임피던스 행렬의 (m,n) 번째 원소이며 m,n는 각각 m-번째(관측점 영역)와 n-번째(전원점 영역)의 삼각형 요소로부터 계산되어 진다.Zmn is the (m, n) th element of the impedance matrix and m, n is computed from the m-th (observation point area) and n-th (power point area) triangle elements, respectively.

Figure 112012012994754-pat00022
Figure 112012012994754-pat00022

bm은 입사파의 전계를 나타내는 [B] 행렬의 m-번째 원소이다.b m is the m-th element of the [B] matrix representing the electric field of the incident wave.

이러한 수학식 1 내지 수학식 9의 구성은 본 발명이 속하는 모멘트법 기술 분야에서 당업자에게 자명한 사실에 해당된다.The configuration of Equations 1 to 9 corresponds to the facts apparent to those skilled in the art in the moment method technology to which the present invention belongs.

본 발명은 갤러킨 기법과 중심점 보간법을 서로 혼용하는데, 적분 식 계산을 간소화시킨 중심점 보간법은 정확도가 떨어지는 문제점이 있음을 언급한 바 있다. 이 정확도는 계산하고자 하는 전원점 영역과 관측점 영역이 가까워질수록 오차가 커진다. 본 발명에서는 중심점 보간법을 사용하여도 정확도가 유지되는 전원점 영역과 관측점 영역 사이의 거리(상대거리 지수)의 정의가 필요하다.In the present invention, the Galerkin technique and the center point interpolation method are mixed with each other, and the center point interpolation method that simplifies the integral equation has been mentioned that there is a problem of inaccuracy. This accuracy increases as the power point area and the observation point area to be calculated get closer. In the present invention, it is necessary to define the distance (relative distance index) between the power point region and the observation point region where accuracy is maintained even using the center point interpolation method.

이를 위해, 우선 상기 S210 단계에서 분할된 복수의 삼각형 중 인접한 두 삼각형으로 구성된 제1 삼각형 쌍을 전원점 영역으로 설정하고, 제2 삼각형 쌍을 관측점 영역으로 영역 설정부(120)를 통해 설정한다(S220).To this end, first, the first triangle pair consisting of two adjacent triangles among the plurality of triangles divided in step S210 is set as the power point region, and the second triangle pair is set as the observation point region through the region setting unit 120 ( S220).

도 4는 도 2의 S220 단계에서 삼각형 쌍의 기하 구조의 예를 나타낸다. 전원점 영역과 관측점 영역 모두 삼각형 쌍으로 이루어진 것을 확인할 수 있다. 전원점 영역과 관측점 영역은 도 4와 같이 서로 이격되어 떨어져 있을 수도 있고, 두 영역이 서로 접하여 인접할 수도 있다(두 영역이 서로 접하는 실시예는 후술할 도 5를 참조한다.)FIG. 4 shows an example of the geometry of a triangular pair in step S220 of FIG. 2. It can be seen that both the power point region and the observation point region consist of triangle pairs. The power point area and the observation point area may be spaced apart from each other as shown in FIG. 4, or the two areas may be in contact with each other and adjacent to each other (for an embodiment in which the two areas contact each other, see FIG. 5 to be described later).

다음, 지수 연산부(130)에서는 상기 전원점 영역과 상기 관측점 영역의 각 꼭짓점 좌표를 이용하여 상기 전원점 영역과 상기 관측점 영역 사이의 상대거리 지수를 연산한다(S230). Next, the exponent calculator 130 calculates a relative distance index between the power point area and the observation point area using the vertex coordinates of the power point area and the observation point area (S230).

이러한 S230 단계를 도 4를 참조로 상세히 설명하면 다음과 같다. 지수 연산부(130)는 상기 전원점 영역 내의 한 개의 삼각형의 무게 중심과, 상기 관측점 영역 내의 한 개의 삼각형의 무게 중심 사이에 대한 상대거리 지수를 각각 연산한다. This step S230 will be described in detail with reference to FIG. 4 as follows. The exponent calculator 130 calculates a relative distance index between the center of gravity of one triangle in the power point area and the center of gravity of one triangle in the viewpoint area.

여기서 설명의 편의를 위해, 전원점 영역 내의 두 삼각형을 위 아래 순으로 제1 삼각형(T- n)과 제2 삼각형(T+ n), 관측점 영역 내의 두 삼각형을 위 아래 순으로 제3 삼각형(T- m)과 제4 삼각형(T+ m)으로 명명한다. 여기서, n과 m은 삼각형의 인덱스를 나타낸다. For convenience of description, the first triangle (T - n ) and the second triangle (T + n ) in the order of the two triangles in the power point area up and down, and the third triangle (in the order of the two triangles in the viewpoint area) T - m ) and the fourth triangle (T + m ). Where n and m represent triangle indices.

이로부터 상대거리 지수는 총 4개가 연산된다. 즉, 제1 삼각형(T- n)의 무게 중심(

Figure 112012012994754-pat00023
)과 제3 삼각형(T- m)의 무게 중심(
Figure 112012012994754-pat00024
) 사이, 제1 삼각형(T- n)의 무게 중심(
Figure 112012012994754-pat00025
)과 제4 삼각형(T+ m)의 무게 중심(
Figure 112012012994754-pat00026
) 사이, 제2 삼각형(T+ n)의 무게 중심(
Figure 112012012994754-pat00027
)과 제3 삼각형(T- m)의 무게 중심(
Figure 112012012994754-pat00028
) 사이, 제2 삼각형(T+ n)의 무게 중심(
Figure 112012012994754-pat00029
)과 제4 삼각형(T+ m)의 무게 중심(
Figure 112012012994754-pat00030
) 사이의 상대거리 지수가 각각 연산된다. From this, a total of four relative distance indices are calculated. That is, the center of gravity of the first triangle T - n
Figure 112012012994754-pat00023
) And the center of gravity of the third triangle (T - m )
Figure 112012012994754-pat00024
Between), the center of gravity of the first triangle (T - n )
Figure 112012012994754-pat00025
) And the center of gravity of the fourth triangle (T + m )
Figure 112012012994754-pat00026
Between), the center of gravity of the second triangle (T + n )
Figure 112012012994754-pat00027
) And the center of gravity of the third triangle (T - m )
Figure 112012012994754-pat00028
Between), the center of gravity of the second triangle (T + n )
Figure 112012012994754-pat00029
) And the center of gravity of the fourth triangle (T + m )
Figure 112012012994754-pat00030
Relative distance exponents are calculated respectively.

모든 상대거리 지수 Radj _ cond는 아래의 수학식 10을 통해 연산한다.All relative distance indices R adj _ cond are calculated using Equation 10 below.

Figure 112012012994754-pat00031
Figure 112012012994754-pat00031

여기서, 분자에 해당되는

Figure 112012012994754-pat00032
는 상기 전원점 영역 내의 한 개의 삼각형의 무게중심과 상기 관측점 영역 내의 한 개의 삼각형의 무게중심 사이의 거리를 나타낸다.Where the molecule
Figure 112012012994754-pat00032
Denotes the distance between the center of gravity of one triangle in the power point area and the center of gravity of one triangle in the viewpoint area.

그리고, Ls는 상기 전원점 영역 내의 한 개의 삼각형의 무게중심으로부터 상기 전원점 영역 내의 두 삼각형의 각 꼭짓점 까지의 거리 중 가장 큰 거리, Lo는 상기 관측점 영역 내의 한 개의 삼각형의 무게중심으로부터 상기 관측점 영역 내의 두 삼각형의 각 꼭짓점 까지의 거리 중 가장 큰 거리를 의미한다. 이러한 Ls Lo는 수학식 11로 간단히 정의된다.And L s is the largest distance from the center of gravity of one triangle in the power point area to each vertex of two triangles in the power point area, and L o is the distance from the center of gravity of one triangle in the viewpoint area. It means the largest distance of each vertex of two triangles in the viewpoint area. With such L s L o is simply defined by equation (11).

Figure 112012012994754-pat00033
Figure 112012012994754-pat00033

만약 max{}는 최대값을 선택하는 함수로서, (a>b>c)일 때 max{a,b,c}=a이다.If max {} is a function of selecting the maximum value, max {a, b, c} = a when (a> b> c).

도 4는 설명의 편의를 위해 위의 4가지 중에서 제1 삼각형(T- n)의 무게 중심(

Figure 112012012994754-pat00034
)과 제4 삼각형(T+ m)의 무게 중심(
Figure 112012012994754-pat00035
) 사이에 대한 상대거리 지수의 연산을 설명하는 예이다. 이러한 경우 Ls는 전원점 영역 내의 제1 삼각형(T- n)의 무게 중심(
Figure 112012012994754-pat00036
)으로부터 전원점 영역 내의 두 삼각형의 각 꼭짓점(
Figure 112012012994754-pat00037
,
Figure 112012012994754-pat00038
,
Figure 112012012994754-pat00039
,
Figure 112012012994754-pat00040
) 사이의 거리 중 가장 큰 거리에 해당된다. Lo 또한 Ls와 동일한 원리로 연산되므로 상세한 설명은 생략한다.4 is a center of gravity of the first triangle (T - n ) of the above four for convenience of description
Figure 112012012994754-pat00034
) And the center of gravity of the fourth triangle (T + m )
Figure 112012012994754-pat00035
This is an example to explain the calculation of the relative distance index between. In this case, L s is the center of gravity (T - n ) of the first triangle T - n in the power point region.
Figure 112012012994754-pat00036
From each vertex of the two triangles within
Figure 112012012994754-pat00037
,
Figure 112012012994754-pat00038
,
Figure 112012012994754-pat00039
,
Figure 112012012994754-pat00040
) Is the largest distance between them. Since L o is also calculated on the same principle as L s , the detailed description is omitted.

도 5는 도 2의 S220 단계에서의 다른 기하 구조의 예를 나타낸다. 이러한 도 5는 전원점 영역과 관측점 영역이 서로 접하고 있는 경우이다. 이러한 경우 도 4에 비하여 상대거리 지수는 더 작은 크기를 가질 것이다. 이러한 도 5는 제2 삼각형과 제3 삼각형 사이의 상대거리 지수를 설명하는 예이다.FIG. 5 shows an example of another geometry in step S220 of FIG. 2. 5 is a case where the power point region and the observation point region are in contact with each other. In this case, the relative distance index will have a smaller size than in FIG. 4. 5 is an example for explaining the relative distance index between the second triangle and the third triangle.

도 4 및 도 5에 의한 상대거리 지수는, 임피던스 행렬 [Z] 내의 원소의 위치(m,n)에 따른 전원점 영역과 관측점 영역 사이의 상대거리를 지수화시킨 것으로서, 적분식 계산이 이루어지는 각 삼각형 요소 사이의 무게중심 거리와 무게중심과 각 꼭짓점 간의 최장 거리의 비로 나타낼 수 있다. 그 예로서 상대거리 지수가 1인 경우는 두 계산 영역이 인접할 최대 거리를 의미한다.4 and 5 are exponents of the relative distance between the power point region and the observation point region according to the position (m, n) of the element in the impedance matrix [Z], and each triangle for which integral calculation is performed It can be expressed as the ratio of the center of gravity distance between the elements and the longest distance between the center of gravity and each vertex. For example, when the relative distance index is 1, it means the maximum distance that the two calculation regions will be adjacent to each other.

이렇게 상대거리 지수를 연산한 다음, 상기 비교부(140)에서는 상기 상대거리 지수를 기 설정된 임계치(1 내지 1.5 사이의 값)와 비교한다(S240). After calculating the relative distance index, the comparison unit 140 compares the relative distance index with a predetermined threshold (value between 1 and 1.5) (S240).

여기서 상기 임피던스 연산부(150)에서는 상기 상대거리 지수가 상기 임계치 미만이면 갤러킨 기법을 사용하여 상기 산란체에 대한 임피던스 행렬의 각 원소를 계산하고(S250), 상기 임계치 이상이면 중심점 보간법을 사용하여 상기 산란체에 대한 임피던스 행렬의 각 원소를 계산한다(S260).Here, if the relative distance index is less than the threshold, the impedance calculating unit 150 calculates each element of the impedance matrix for the scatterer using a Galerkin technique (S250). Each element of the impedance matrix for the scatterer is calculated (S260).

여기서 갤러킨 기법을 사용한 임피던스 행렬의 원소 값(Zmn) 계산 식은 앞서 수학식 8과 같다.Here, the equation for calculating the element value (Z mn ) of the impedance matrix using the Galerkin technique is shown in Equation 8 above.

S260 단계에 따르면, 상기 전원점 영역과 상기 관측점 영역의 이격 정도가 클수록 상기 상대거리 지수가 커지고 상기 갤러킨 기법보다 상기 중심점 보간법을 사용할 확률이 높아진다. According to step S260, the greater the distance between the power point region and the observation point region, the greater the relative distance index and the higher the probability of using the center point interpolation method than the Galerkin method.

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 개선된 모멘트법을 이용한 임피던스 행렬의 구성도이다. 이러한 도 6의 임피던스 행렬 내의 주 대각선 상에 위치한 원소(Z11,Z22,Z33,…)는 상대거리 지수가 0인 경우에 대응되는 임피던스 값들이다.6 is a schematic diagram of an impedance matrix using an improved moment method according to an embodiment of the present invention. Elements Z 11 , Z 22 , Z 33 ,... Located on the main diagonal in the impedance matrix of FIG. 6 are impedance values corresponding to the case where the relative distance index is zero.

여기서, 상대거리 지수 Radj _ cond가 임계치보다 작으면, 계산된 해당 원소는 상기 임피던스 행렬 내의 주 대각선 주변(대각 방향의 직사각형 점선 영역)에 배열된다. 또한, 상대거리 지수 Radj _ cond가 임계치보다 크면, 계산된 해당 원소는 상기 임피던스 행렬 내의 상삼각 또는 하삼각 부근(대각 방향 상하부의 삼각형 점선 영역)에 배열된다.Here, if the relative distance index R adj _ cond is less than the threshold, the calculated corresponding element is arranged around the main diagonal line (a rectangular dotted line area in the diagonal direction) in the impedance matrix. In addition, when the relative distance index R adj _ cond is larger than the threshold, the calculated element is arranged near the upper triangle or lower triangle in the impedance matrix (triangular dotted area in the upper and lower diagonal directions).

즉, 갤리킨 기법을 적용하여 계산한 임피던스 값은 행렬의 주 대각선 주변 영역에 위치하고, 중심점 보간법을 적용하여 계산한 임피던스 값은 행렬의 상삼각 또는 하삼각 부근에 위치한다. 다시 말해서, 상기 전원점 영역과 상기 관측점 영역의 이격 정도가 클수록, 상기 계산된 원소는 상기 임피던스 행렬 내에서 상기 주 대각선 상의 원소로부터 이격된 곳에 위치한다. 특히 행렬의 최상단 우측과 최하단 우측의 경우 상기 상대거리 지수가 가장 큰 경우에 대해 연산된 임피던스 값을 나타낸다. 전원점 영역과 관측점 영역 사이의 거리가 멀수록 임피던스 값은 작아지고 수치 적분이 사실상 필요 없다. 또한, 전원점 영역과 관측점 영역 사이의 거리가 가까울수록 수치 적분 값이 크므로 중심점 보간법을 사용할 수 없게 된다.In other words, the impedance value calculated using the Galikin technique is located in the area around the main diagonal of the matrix, and the impedance value calculated by the center point interpolation is located near the upper or lower triangle of the matrix. In other words, the greater the degree of separation between the power point region and the viewpoint region, the more the calculated element is located away from the element on the main diagonal in the impedance matrix. In particular, the uppermost right side and the lowermost right side of the matrix represent the calculated impedance value for the case where the relative distance index is the largest. The greater the distance between the power point area and the viewpoint area, the smaller the impedance value and virtually no numerical integration is needed. In addition, the closer the distance between the power point region and the observation point region is, the larger the numerical integration value becomes, so that the center point interpolation method cannot be used.

이상과 같이 본 발명은 임피던스 행렬 [Z]의 연산 시에 상대거리 지수를 이용하여 갤러킨 기법의 이중 적분이 필요한 영역과, 중심점 보간법이 적용될 영역을 결정한다. 여기서, 상대거리 지수는 1 이상의 값으로 설정하여 주 대각선과의 인접 영역이 보간법에 의해 계산되는 경우를 방지할 수 있다.As described above, the present invention determines a region requiring double integration of the Galerkin technique and a region to which the center point interpolation is to be applied using the relative distance index when calculating the impedance matrix [Z]. Here, the relative distance index can be set to a value of 1 or more to prevent the case where the area adjacent to the main diagonal is calculated by interpolation.

삼각형 영역에 대하여, 상기 갤러킨 기법과 중심점 보간법에 의한 임피던스 계산 방법은 본 기술분야에서 일반적인 내용이나 이하에서는 그 개념에 관하여 간략히 설명한다.For the triangular region, the method of calculating impedance by the Galkin technique and the center point interpolation method is general in the art, but hereinafter, the concept thereof will be briefly described.

먼저, 갤러킨 기법과 관련된 수치적 적분법(Numerical integration)의 기본 내용을 설명한다. 임의의 삼각형 영역에 대한 수치적분을 수행하기 위해서 Simplex 좌표계를 이용한 좌표 변환을 적용한다. Simplex 좌표계는 적분 영역 내에 위치하는 임의의 점을 중심으로 분할되는 세 개의 삼각형 면적비와 세 개의 꼭짓점으로 임의의 위치를 표현하는 좌표계이다. 이는 α,β로 표현되는 새로운 직각좌표계로의 변환이 가능하며, 이 변환된 좌표계에서 수치적 적분법인 Gaussian quadrature를 수행할 수 있게 된다. 수학식 12는 직각좌표계로 표현된 적분식을 simplex 좌표계로 변환하는 식이며, A와 J(α,β)는 각각 삼각형의 면적과 변수치환을 위한 Jacobian이다.First, the basic contents of the numerical integration related to the Galerkin technique are explained. Coordinate transformation using the Simplex coordinate system is applied to perform the numerical integration of arbitrary triangular regions. The Simplex coordinate system is a coordinate system that expresses an arbitrary position with three triangle area ratios and three vertices divided around an arbitrary point located in an integrated region. It is possible to convert to a new rectangular coordinate system represented by α and β, and to perform a Gaussian quadrature, which is a numerical integration method, in the transformed coordinate system. Equation 12 converts an integral expression expressed in a rectangular coordinate system into a simplex coordinate system, and A and J (α, β) are Jacobian for triangle area and variable substitution, respectively.

Figure 112012012994754-pat00041
Figure 112012012994754-pat00041

수학식 12는 (x,y,z)의 좌표를 (1-α-β,α,β)의 좌표로 변환하는 식이다.

Figure 112012012994754-pat00042
는 임의의 함수 f(r)을 적분하기 위한 임의의 (x,y,z)좌표로 구성된 미소면적이다.(12) converts the coordinates of (x, y, z) into coordinates of (1-α-β, α, β).
Figure 112012012994754-pat00042
Is a small area composed of arbitrary (x, y, z) coordinates for integrating arbitrary function f (r).

수학식 13은 simplex 좌표계를 이용한 임의의 위치벡터의 좌표변환식이 된다. Equation 13 is a coordinate transformation equation of an arbitrary position vector using a simplex coordinate system.

Figure 112012012994754-pat00043
Figure 112012012994754-pat00043

여기서,

Figure 112012012994754-pat00044
,
Figure 112012012994754-pat00045
,
Figure 112012012994754-pat00046
는 삼각형을 이루는 세 꼭짓점 좌표이다.here,
Figure 112012012994754-pat00044
,
Figure 112012012994754-pat00045
,
Figure 112012012994754-pat00046
Are the three vertex coordinates that make up a triangle.

그리고 수학식 14는 simplex 좌표계를 이용한 Gaussian quadrature 수치적분 방법이며, N은 적분연산을 위한 점의 개수를 나타낸 것이다.Equation 14 is a Gaussian quadrature numerical integration method using a simplex coordinate system, and N represents the number of points for the integral operation.

Figure 112012012994754-pat00047
Figure 112012012994754-pat00047

이러한 수학식 14는 simplex 좌표계를 이용한 Gaussian quadrature 수치적분법을 나타낸다.

Figure 112012012994754-pat00048
은 임의의 적분함수이다. T는 적분영역이고, A는 삼각형의 넓이이다.Equation 14 represents a Gaussian quadrature numerical integration method using a simplex coordinate system.
Figure 112012012994754-pat00048
Is any integral function. T is the integral region and A is the area of the triangle.

그리고 아래의 수학식 15는 Green 함수를 나타낸다.Equation 15 below represents a Green function.

Figure 112012012994754-pat00049
Figure 112012012994754-pat00049

Figure 112012012994754-pat00050
은 3차원 자유공간의 Green 함수이다. T'은 전원점 내 적분 영역을 나타낸다. k0는 자유공간의 전파상수이다.
Figure 112012012994754-pat00050
Is the Green function of three-dimensional free space. T 'represents the integral region in the power point. k 0 is the propagation constant of free space.

도 7은 특정 삼각형 영역에 대한 수치 적분 결과를 나타낸다. 이러한 도 7은 수학식 13을 이용한 Green 함수의 수치 적분 결과를 나타낸 것으로, 전원점(rc')과 관측점(ro)의 거리(R)가 가까워질수록 Green 함수의 적분특성은 매우 불안정하게 발산하는 성질을 갖게 된다.7 shows the numerical integration results for specific triangular regions. FIG. 7 illustrates a numerical integration result of the Green function using Equation 13. As the distance R between the power point rc 'and the observation point ro gets closer, the integration characteristic of the Green function is very unstable. It will have a property.

이외에도 특정 모서리의 표면전류를 계산하기 위해서 삼각형 요소 쌍에 대한 적분 계산을 수행할 때, 전원점과 관측점이 동일한 경우(self-term, R=0)에 대한 특이해 회피를 위해 여러 해석적 적분법 등을 이용해야 한다. 3차원 자유공간의 Green 함수의 (1/R) 요소는 R 값이 작을수록 발산하는 특성을 갖게 되어, 이를 안정화시키는 특별한 기법이 필요하게 된다. 그 중 가장 보편적인 방법으로 Cauchy principal value와 L'hopital의 정리를 이용하여 간략화된 수학식 16과 수학식 17을 이용한다.In addition, when performing integral calculations on pairs of triangular elements to calculate surface currents at specific edges, several analytical integration methods are used to avoid singularities for the same power point and observation point (self-term, R = 0). Should be used. The (1 / R) element of the Green function in the three-dimensional free space has a characteristic that the smaller the R value is, the more divergent it is, and a special technique is required to stabilize it. Among them, the most general method uses the simplified equations (16) and (17) using the Cauchy principal value and L'hopital's theorem.

Figure 112012012994754-pat00051
Figure 112012012994754-pat00051

Figure 112012012994754-pat00052
Figure 112012012994754-pat00052

여기서, k는 전파상수(propagation constant)이며, R은 전원점과 관측점과의 거리이다.Where k is a propagation constant and R is the distance between the power point and the observation point.

수학식 16의 오른쪽 첫 번째 항에서 R=0인 경우 수학식 17과 같은 특성을 보이며, 또한 R이 0에 근접한 경우에도 Gaussian quadrature 수치적분이 가능하게 된다. 따라서 두 번째 항인 (1/R)에 대한 적분을 해석적 방법을 이용하여 계산하게 된다.In the first term on the right side of Equation 16, R = 0 shows the same characteristics as Equation 17, and Gaussian quadrature numerical integration is possible even when R approaches zero. Therefore, the integral for the second term (1 / R) is calculated using the analytical method.

Figure 112012012994754-pat00053
Figure 112012012994754-pat00053

Figure 112012012994754-pat00054
Figure 112012012994754-pat00054

I1과 I2는 특이해를 포함하는 적분항 만을 따로 분리해 둔 것으로 이를 적분하기 위해서 특이해 회피법을 적용한다.I 1 and I 2 separate only the integral terms containing singular solutions, and apply the singular solutions to integrate them.

수학식 18과 수학식 19는 EFIE로부터 (1/R)에 대한 적분항만으로 분리하여 정리한 적분식이며, 이때 갤러킨 기법이 적용된 적분항 I1과 I2로 표현될 수 있다.Equation 18 and Equation 19 are integral expressions separated and separated from the EFIE by only the integral term for (1 / R), and may be expressed as integral terms I 1 and I 2 to which the Galerkin technique is applied.

한편, 적분을 위한 전원점과 관측점이 적분영역에 비해 상대적으로 먼 거리(R)에 위치한 경우 일반적으로 보간법을 이용한 방법으로 적분식 계산을 간소화 할 수 있다. 이를 위해 일반적으로 중심점간 거리와 삼각형 면적을 이용하는 중심점 보간법이 이용된다. On the other hand, when the power point and the observation point for the integration is located at a relatively far distance (R) relative to the integral region, it is generally possible to simplify the integral calculation by using an interpolation method. For this purpose, a center point interpolation method using a distance between center points and a triangular area is generally used.

본 발명에서는 인접 영역의 적분 계산은 갤러킨 기법을 이용한 이중 적분으로 수행하여 계산 정확도를 최대한 유지하고, 상대적으로 먼 거리(R)의 계산만을 중심점 보간법을 적용함으로써 적분연산 오차와 소요시간을 최소화할 수 있다. 수학식 20은 중심점 보간법을 이용한 적분법을 나타낸 것이다.In the present invention, the integral calculation of the adjacent area is performed by double integration using the Galerkin technique to maintain the calculation accuracy as much as possible, and by applying the center point interpolation method only for the calculation of the relatively long distance (R), the integral calculation error and the time required can be minimized. Can be. Equation 20 shows an integration method using the center point interpolation method.

Figure 112012012994754-pat00055
Figure 112012012994754-pat00055

여기서

Figure 112012012994754-pat00056
는 임의의 적분함수이고, Am은 m-번째 삼각형의 면적에 해당되고, Tm은 m번째 삼각형을 의미한다.
Figure 112012012994754-pat00057
는 m번째 삼각형의 중심점 좌표를 의미한다.here
Figure 112012012994754-pat00056
Is an arbitrary integration function, A m corresponds to the area of the m-th triangle, and T m means the m-th triangle.
Figure 112012012994754-pat00057
Is the coordinate of the center point of the m-th triangle.

이러한 수학식 20은 수학식 21에 대응된다. 이는 앞서 수학식 8과 같은 임피던스 원소 값 계산 식과 같은 형태이다. 따라서, 수학식 20은 중심점 보간법을 사용하는 경우 임피던스 계산 식에 해당될 수 있다.Equation 20 corresponds to Equation 21. This is the same as the impedance element value calculation formula shown in Equation (8). Therefore, Equation 20 may correspond to an impedance calculation equation when the center point interpolation method is used.

Figure 112012012994754-pat00058
Figure 112012012994754-pat00058

Rmn은 m-번째와 n-번째 삼각형의 거리이며, 위첨자 'c'는 각 삼각형의 중심점을 나타낸다. Rmn c는 m-번째와 n-번째 삼각형의 중심점 간 거리이며, cmn c는 중심점을 기준으로 계산된 cmn이 된다.R mn is the distance between the m-th and n-th triangles, and the superscript 'c' indicates the center of each triangle. R mn c is the distance between the center points of the m-th and n-th triangles, and c mn c is c mn calculated from the center point.

앞서와 같은 방법으로 도 6의 임피던스 행렬 [Z] 내부의 각각의 원소가 모두 구하여지면, 역행렬 계산부(160)에서는 상기 임피던스 행렬 [Z]에 대한 역행렬 [Z]-1을 계산한다(S270).When all the elements in the impedance matrix [Z] of FIG. 6 are obtained as described above, the inverse matrix calculator 160 calculates the inverse matrix [Z] −1 for the impedance matrix [Z] (S270). .

그런 다음, 표면전류 연산부(170)에서는 상기 임피던스 행렬의 역행렬 [Z]- 1을과 입사파 행렬 [B]을 이용하여 표면전류 행렬 [I]를 연산한다(S280). 여기서, 입사파 행렬 [B]을 구하는 방법은 앞서 설명한 바 있으며 이는 또한 기존에 일반적인 연산 과정에 해당된다.Then, the surface current calculator 170 calculates the surface current matrix [I] using the inverse matrix [Z] 1 of the impedance matrix and the incident wave matrix [B] (S280). Here, the method of obtaining the incident wave matrix [B] has been described above, which also corresponds to a conventional general operation process.

이러한 표면전류 행렬 [I]을 이용하면 far field parameter(RCS 등)를 분석 할 수 있다. Monostatic RCS는 하나의 안테나로 송수신할 때의 레이더 단면적(RCS, Radar Cross Section)이고, Bistatic RCS는 2개의 송수신 안테나를 사용할 때의 레이더 단면적(수신측 위치가 송신측과 다른 경우)을 나타낸다.Using the surface current matrix [I], far field parameters (RCS, etc.) can be analyzed. The monostatic RCS is a radar cross section (RCS) when transmitting and receiving with one antenna, and the bistatic RCS is a radar cross section (when the receiving side is different from the transmitting side) when using two transmitting and receiving antennas.

도 8은 본 발명의 실시예를 적용한 경우 상대거리 지수의 임계치 변화에 따른 계산속도와 오차를 나타낸다.8 shows the calculation speed and the error according to the threshold value change of the relative distance index when the embodiment of the present invention is applied.

상대거리 지수의 임계치가 증가할수록 갤러킨 기법을 사용해야하는 영역이 증가하므로 계산 시간이 늘어나게 되는 반면, 계산 오차를 보면 임계치 1.5 이상에서 크게 변화가 없는 것을 확인할 수 있다. 따라서 상대거리 지수의 임계치가 1.5 이상일 경우 중심점 보간법을 사용하여 계산하여도 오차에는 영향을 주지 않는다는 것을 확인할 수 있다. 또한, 상대거리 지수의 임계치가 7 이상인 경우 계산시간이 약 6분으로 수렴하는 것을 확인할 수 있다. 이것은 모든 영역에서 갤러킨 기법을 사용한 경우를 의미하며, 결과적으로 상대거리 지수의 임계치를 1.5로 정의하여 본 발명에 따른 개선된 모멘트법을 사용하였을 경우 계산 소요 시간이 3배 이상 감소하는 것을 확인할 수 있다.As the threshold of the relative distance index increases, the computational time increases because the area required to use the Galerkin technique increases, while the calculation error shows that there is no significant change above the threshold of 1.5. Therefore, when the threshold value of the relative distance index is 1.5 or more, it can be confirmed that the calculation does not affect the error even if it is calculated using the center point interpolation method. In addition, it can be seen that when the threshold of the relative distance index is 7 or more, the calculation time converges to about 6 minutes. This means that the Galerkin technique is used in all areas. As a result, the threshold of the relative distance index is defined as 1.5, and the calculation time is reduced by three times or more when the improved moment method according to the present invention is used. have.

도 9는 기존의 모멘트법과 본 발명에 따른 개선된 모멘트법을 이용한 경우 ka=0.5인 금속구의 Bistatic RCS를 계산한 결과이다. 9 is a result of calculating the Bistatic RCS of the metal sphere with ka = 0.5 when using the existing moment method and the improved moment method according to the present invention.

여기서, ka(k는 전파산수, a는 구의 반지름)는 금속의 크기를 의미한다. 도 9의 (a)는 기존 모멘트법(MoM)을 사용한 경우, (b)는 본 발명의 모멘트법(iMoM)을 사용한 경우이다. 수치해석을 위한 중심주파수(f0)는 10GHz이며, 산란체 표면의 모서리는 750개이다. 이때, 금속구는 12개의 기준점을 이용한 정삼각형 분할 방법을 이용하였다. 또한, 모멘트법의 행렬식으로부터 임피던스 행렬 [Z]의 역행렬을 계산하기 위해 BiCG-Stab(biconjugate gradient stabilized)기법을 활용한 반복법(iterative method)을 이용하였다.Where ka (k is the propagation factor and a is the radius of the sphere) is the size of the metal. FIG. 9A illustrates a case where an existing moment method MoM is used, and FIG. 9B illustrates a case where the moment method iMoM of the present invention is used. The center frequency (f 0 ) for numerical analysis is 10 GHz, with 750 edges of the scatterer surface. In this case, as the metal sphere, an equilateral triangle segmentation method using 12 reference points was used. In addition, an iterative method using the BiCJ-Stab (biconjugate gradient stabilized) method was used to calculate the inverse of the impedance matrix [Z] from the determinant of the moment method.

Mie-series 해법과 모멘트법을 이용한 해석 정확도 분석을 위해 수학식 22를 이용하였다. 수학식 22는 일반적으로 두 개의 데이터 열의 오차를 분석하기 위해 사용되는 'norm of residuals'의 rms(root-mean-square)값을 표현한 것이다.Equation 22 is used for analysis accuracy analysis using the Mie-series method and the moment method. Equation 22 expresses the rms (root-mean-square) value of 'norm of residuals' which is generally used to analyze the error of two data strings.

Figure 112012012994754-pat00059
Figure 112012012994754-pat00059

이때, σ는 레이더 단면적(RCS)의 데이터 열을 나타내다.Is the data string of the radar cross section area RCS.

도 9의 (a)와 (b)의 계산결과와 수학식 22를 이용한 오차분석결과는 기존 방법과 본 발명의 방법에서 각각 0.24dB(수직편파)/0.25dB(수평편파)와 0.19dB/0.21dB의 오차를 보였다. 그 결과는 표 1과 같다.The calculation results of FIGS. 9A and 9B and the error analysis results using Equation 22 are 0.24dB (vertical polarization) /0.25dB (horizontal polarization) and 0.19dB / 0.21 in the conventional method and the method of the present invention, respectively. dB error was shown. The results are shown in Table 1.

해석방법
Method of interpretation
금속구Metal sphere [Z] 행렬의
크기
[Z] matrix
size
오차(dB)Error (dB) 소요시간Time 기존 모멘트법
(갤러킨 기법)
Conventional moment method
Galerkin Technique
0.24/0.250.24 / 0.25 7분 55초7 minutes 55 seconds

750×750


750 × 750
본 발명의 개선된 모멘트법
(갤러킨 기법+
중심점 보간법)
Improved Moment Method of the Invention
(Gallkin Technique +
Center point interpolation)

0.19/0.21

0.19 / 0.21

3분 20초

3 minutes 20 seconds
비고Remarks 계산시간 약 50% 단축Reduced calculation time by about 50%

이러한 도 9는 개선된 모멘트법을 적용한 본 발명의 실시예를 통해 도 3의 구체 구조의 물체를 분석한 결과로서, 기존의 수치해석 방법으로 분석한 결과와 본 발명에서 제시하는 개선된 모멘트법을 이용한 결과가 매우 일치하는 것을 확인할 수 있다. 또한, 임피던스 행렬의 계산 시간이 기존의 갤러킨 기법만 사용한 경우에 비해 절반 이하로 단축된 것을 확인할 수 있다.9 is a result of analyzing the object of the concrete structure of FIG. 3 through the embodiment of the present invention to which the improved moment method is applied, and the result of analysis by the conventional numerical method and the improved moment method proposed by the present invention. The results used are very consistent. In addition, it can be seen that the calculation time of the impedance matrix is shortened by less than half compared with the case of using only the existing Galerkin technique.

이하에서는 앞서 검증된 본 발명의 모멘트법을 이용하여 삼면-/전방향 전파반사기의 monostatic RCS 특성을 분석한 결과를 알아본다. 삼면 전파반사기의 크기는 직각변 길이(l)가 4λ0이며, 계산된 내부 모서리 개수는 총 1770개이다. 전방향 전파반사기는 길이(l)가 1λ0인 삼면 전파반사기 20개와 정20면체 기하구조로 이루어진 배열로써 내부 모서리는 총 3060개이다. 삼면-/전방향- 전파반사기의 monostatic RCS 특성 분석을 위한 기준 데이터로 PO(Physical Optics) 근사식과 상용 소프트웨어(HFSS, high frequency structure simulator)를 이용하였으며, 수학식 23은 삼면 전파반사기를 위한 PO 근사식이다.Hereinafter, the results of analyzing the monostatic RCS characteristics of the three- / forward wave reflector using the moment method of the present invention verified above. The size of the three-sided radio reflector is 4λ 0 at the right side length ( l ), and the total number of internal corners is 1770. Omnidirectional propagation reflector length (l) is 1λ 0 of radio wave reflector 20 on three sides and one as an array of information icosahedral geometry of the inner edge 3060 is the total atoms. Physical reference (PO) approximation and commercial software (HFSS) were used as reference data for monostatic RCS characterization of three- / forward-radiation reflectors. Expression

Figure 112012012994754-pat00060
Figure 112012012994754-pat00060

여기서, σ는 레이더단면적(RCS)이고, θ와 φ는 전파의 입사각을 나타낸다. l은 삼각전파반사기의 직각변 길이이며, λ0는 입사파의 파장이다.Is the radar cross-sectional area RCS, and θ and φ represent the incident angles of the radio waves. l is the length of the right side of the triangular reflector, and λ 0 is the wavelength of the incident wave.

도 10은 본 발명의 실시예에 따른 삼면-/전방향 전파반사기의 monostatic RCS 특성을 분석 결과를 나타낸다.Figure 10 shows the results of the analysis of the monostatic RCS characteristics of the three- / forward wave reflector according to an embodiment of the present invention.

도 10의 (a)~(c)는 삼면 전파반사기의 크기(4λ0)가 비교적 PO 근사식에 근접한 특성을 보인다. 이때, 일반적으로 10λ0 이상의 상대적으로 큰 전파반사기 분석에는 PO 근사화가 적합할 수 있으나, 이보다 작은 산란체의 다중반사에 의한 복잡도 높은 산란특성을 근사화 없이 계산하기 위해서는 본 발명에 따른 개선된 모멘트법이 활용 가능하다.10 (a) to 10 (c) show characteristics of the three-sided radio reflector having a size 4λ 0 relatively close to the PO approximation equation. In this case, PO approximation may be suitable for the analysis of relatively large radio reflectors of 10λ 0 or more, but the improved moment method according to the present invention may be used to calculate the scattering characteristics having high complexity due to multiple reflection of smaller scatterers. It can be utilized.

도 10의 (d)~(f)의 전방향 전파반사기는 FEM(finite element method) 알고리즘을 이용한 상용 소프트웨어와 비교하여 일치하는 결과를 보였으며, 각 피크에서 0.6dB이내의 오차를 나타낸다. 이때, 해석시간은 실험에 적용된 PC(CPU 3.4GHz, RAM 3GB) 성능에 의존적이다.10 (d) to (f), the omnidirectional radio reflector showed a consistent result compared to commercial software using a finite element method (FEM) algorithm, and exhibited an error within 0.6 dB at each peak. At this time, the analysis time depends on the performance of the PC (CPU 3.4GHz, RAM 3GB) applied in the experiment.

이상과 같은 본 발명에 따르면, 갤러킨 기법과 중심점 보간법을 이용한 개선된 모멘트법을 통해 3차원 공간상의 산란체의 계산시간을 줄이고 하드웨어의 부담을 줄일 수 있다. 또한, 단일 산란체의 계산 속도 향상으로 인해 복잡한 구조의 산란체들을 동시에 계산할 수 있다. 이러한 본 발명을 이용한 개선된 모멘트법의 수치 해석의 정확도는 Mie-series 해법과 비교 분석한 결과 약 0.2dB 이내의 오차범위에서 정확도가 정확히 일치함을 알 수 있다. 이러한 본 발명은 이미지 이론과 임피던스 평면(Impedance surface) 이론을 접목하여 지표면 반사특성을 고려한 산란체의 레이더 후방산란 특성 분석을 위한 연구 등에 활용된다면, 수치해석 기법 적용이 쉽지 않은 원격탐사 분야 등의 폭넓은 활용이 가능해질 것이다.According to the present invention as described above, it is possible to reduce the calculation time of the scatterer in the three-dimensional space and the burden of hardware through the improved moment method using the Galerkin technique and the center point interpolation method. In addition, the computational speed of a single scatterer allows for the calculation of scatterers of complex structure simultaneously. The accuracy of the numerical analysis of the improved moment method using the present invention can be seen that the accuracy is exactly the same within the error range of about 0.2dB as compared with the Mie-series solution. When the present invention is applied to the research for analyzing the scattering radar backscattering characteristics of the scatterer considering the surface reflection characteristics by combining the image theory and the impedance surface theory, it is not easy to apply the numerical method to the range of remote sensing. Wide application will be possible.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.While the present invention has been described with reference to exemplary embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, is intended to cover various modifications and equivalent arrangements included within the spirit and scope of the appended claims. Accordingly, the true scope of the present invention should be determined by the technical idea of the appended claims.

100: 전자파 수치해석 장치 110: 분할부
120: 영역 설정부 130: 지수 연산부
140: 비교부 150: 임피던스 연산부
160: 역행렬 계산부 170: 표면전류 연산부
100: electromagnetic wave numerical analysis device 110: division
120: region setting unit 130: exponential calculator
140: comparison unit 150: impedance calculation unit
160: inverse matrix calculation unit 170: surface current calculation unit

Claims (10)

RWG(Rao-Wilton-Glisson) 기저함수를 사용하여 산란체의 표면을 복수의 삼각형으로 분할하고, 상기 삼각형의 각 꼭짓점 좌표를 획득하는 단계;
상기 복수의 삼각형 중 인접한 두 삼각형으로 구성된 제1 삼각형 쌍을 전원점 영역으로, 제2 삼각형 쌍을 관측점 영역으로 설정하는 단계;
상기 전원점 영역과 상기 관측점 영역의 각 꼭짓점 좌표를 이용하여 상기 전원점 영역과 상기 관측점 영역 사이의 상대거리 지수를 연산하는 단계;
상기 상대거리 지수를 기 설정된 임계치와 비교하는 단계; 및
상기 상대거리 지수가 상기 임계치 미만이면 갤러킨 기법(Galerkin Method)을 사용하고 상기 임계치 이상이면 중심점 보간법(Center-point Interpolation Method)을 사용하여 상기 산란체에 대한 임피던스 행렬의 각 원소를 계산하는 단계를 포함하는 전자파 수치해석 방법.
Dividing the surface of the scatterer into a plurality of triangles using a Rao-Wilton-Glisson (RWG) basis function, and obtaining coordinates of each vertex of the triangle;
Setting a first triangle pair consisting of two adjacent triangles among the plurality of triangles as a power point region and a second triangle pair as a viewpoint point region;
Calculating a relative distance index between the power point area and the viewpoint area using each vertex coordinate of the power point area and the viewpoint area;
Comparing the relative distance index with a preset threshold; And
Calculating each element of the impedance matrix for the scatterer using the Galerkin method if the relative distance index is less than the threshold, and using the Center-point Interpolation Method if the relative distance index is less than the threshold. Numerical analysis method including electromagnetic waves.
청구항 1에 있어서,
상기 상대거리 지수를 연산하는 단계는,
상기 전원점 영역 내의 한 개의 삼각형의 무게 중심과 상기 관측점 영역 내의 한 개의 삼각형의 무게 중심 사이에 대한 상대거리 지수를 각각 연산하고,
상기 상대거리 지수 Radj_cond는 아래의 수학식을 통해 연산하는 전자파 수치해석 방법:
Figure 112013026169888-pat00061

여기서, Ls는 상기 전원점 영역 내의 한 개의 삼각형의 무게중심으로부터 상기 전원점 영역 내의 두 삼각형의 각 꼭짓점 까지의 거리 중 가장 큰 거리, Lo는 상기 관측점 영역 내의 한 개의 삼각형의 무게중심으로부터 상기 관측점 영역 내의 두 삼각형의 각 꼭짓점 까지의 거리 중 가장 큰 거리,
Figure 112013026169888-pat00062
는 상기 전원점 영역 내의 한 개의 삼각형의 무게중심과 상기 관측점 영역 내의 한 개의 삼각형의 무게중심 사이의 거리를 나타낸다.
The method according to claim 1,
Computing the relative distance index,
Calculate a relative distance index between the center of gravity of one triangle in the power point area and the center of gravity of one triangle in the viewpoint area,
The relative distance index R adj_cond is a numerical method of electromagnetic wave calculation through the following equation:
Figure 112013026169888-pat00061

Where L s is the largest distance from the center of gravity of one triangle in the power point area to each vertex of two triangles in the power point area, L o is the center of gravity of one triangle in the viewpoint area The largest of the distances to each vertex of the two triangles within the viewpoint area,
Figure 112013026169888-pat00062
Denotes the distance between the center of gravity of one triangle in the power point area and the center of gravity of one triangle in the viewpoint area.
청구항 2에 있어서,
상기 전원점 영역과 상기 관측점 영역은 서로 인접 또는 이격되어 있고,
상기 임계치는 1 내지 1.5 사이의 값이며,
상기 상대거리 지수 Radj _ cond가 상기 임계치보다 작으면 해당 원소는 상기 임피던스 행렬 내의 주 대각선 주변에 배열되고,
상기 상대거리 지수 Radj _ cond가 상기 임계치보다 크면 해당 원소는 상기 임피던스 행렬 내의 상삼각 또는 하삼각 부근에 배열되는 전자파 수치 해석 방법.
The method according to claim 2,
The power point area and the observation point area are adjacent to or spaced apart from each other,
The threshold is a value between 1 and 1.5,
If the relative distance index R adj _ cond is less than the threshold, the elements are arranged around a major diagonal in the impedance matrix,
If the relative distance index R adj _ cond is greater than the threshold, the corresponding element is arranged near an upper triangle or a lower triangle in the impedance matrix.
청구항 3에 있어서,
상기 임피던스 행렬 내의 주 대각선 상에 위치한 원소는 상기 상대거리 지수가 0인 경우에 대응되는 임피던스 값들이고,
상기 전원점 영역과 상기 관측점 영역의 이격 정도가 클수록, 상기 계산된 원소는 상기 임피던스 행렬 내에서 상기 주 대각선 상의 원소로부터 이격된 곳에 위치하는 전자파 수치해석 방법.
The method according to claim 3,
The elements located on the main diagonal in the impedance matrix are impedance values corresponding to when the relative distance index is 0,
And the larger the distance between the power point region and the viewpoint region is, the calculated element is located at a position spaced apart from the element on the main diagonal in the impedance matrix.
청구항 1에 있어서,
상기 임피던스 행렬에 대한 역행렬을 계산하는 단계; 및
상기 임피던스 행렬의 역행렬과 입사파 행렬을 이용하여 표면전류 행렬을 연산하는 단계를 더 포함하는 전자파 수치해석 방법.
The method according to claim 1,
Calculating an inverse matrix for the impedance matrix; And
Computing a surface current matrix using the inverse matrix and the incident wave matrix of the impedance matrix.
RWG(Rao-Wilton-Glisson) 기저함수를 사용하여 산란체의 표면을 복수의 삼각형으로 분할하고, 상기 삼각형의 각 꼭짓점 좌표를 획득하는 분할부;
상기 복수의 삼각형 중 인접한 두 삼각형으로 구성된 제1 삼각형 쌍을 전원점 영역으로, 제2 삼각형 쌍을 관측점 영역으로 설정하는 영역 설정부;
상기 전원점 영역과 상기 관측점 영역의 각 꼭짓점 좌표를 이용하여 상기 전원점 영역과 상기 관측점 영역 사이의 상대거리 지수를 연산하는 지수 연산부;
상기 상대거리 지수를 기 설정된 임계치와 비교하는 비교부; 및
상기 상대거리 지수가 상기 임계치 미만이면 갤러킨 기법(Galerkin Method)을 사용하고 상기 임계치 이상이면 중심점 보간법(Center-point Interpolation Method)을 사용하여 상기 산란체에 대한 임피던스 행렬의 각 원소를 계산하는 임피던스 연산부를 포함하는 전자파 수치해석 장치.
A division unit for dividing the surface of the scatterer into a plurality of triangles by using a Rao-Wilton-Glisson (RWG) basis function and obtaining coordinates of each vertex of the triangle;
An area setting unit configured to set a first triangle pair composed of two adjacent triangles among the plurality of triangles as a power point region and a second triangle pair as an observation point region;
An exponent calculator configured to calculate a relative distance index between the power point area and the observation point area using coordinates of each vertex of the power point area and the viewpoint point area;
A comparison unit comparing the relative distance index with a preset threshold; And
Impedance calculator for calculating each element of the impedance matrix for the scatterer using the Galerkin method if the relative distance index is less than the threshold, and using the Center-point Interpolation Method if the relative distance index is less than the threshold Electromagnetic wave numerical analysis device comprising a.
청구항 6에 있어서,
상기 지수 연산부는,
상기 전원점 영역 내의 한 개의 삼각형의 무게 중심과 상기 관측점 영역 내의 한 개의 삼각형의 무게 중심 사이에 대한 상대거리 지수를 각각 연산하고,
상기 상대거리 지수 Radj_cond는 아래의 수학식을 통해 연산하는 전자파 수치해석 장치:
Figure 112013026169888-pat00063

여기서, Ls는 상기 전원점 영역 내의 한 개의 삼각형의 무게중심으로부터 상기 전원점 영역 내의 두 삼각형의 각 꼭짓점 까지의 거리 중 가장 큰 거리, Lo는 상기 관측점 영역 내의 한 개의 삼각형의 무게중심으로부터 상기 관측점 영역 내의 두 삼각형의 각 꼭짓점 까지의 거리 중 가장 큰 거리,
Figure 112013026169888-pat00064
는 상기 전원점 영역 내의 한 개의 삼각형의 무게중심과 상기 관측점 영역 내의 한 개의 삼각형의 무게중심 사이의 거리를 나타낸다.
The method of claim 6,
The exponential operator,
Calculate a relative distance index between the center of gravity of one triangle in the power point area and the center of gravity of one triangle in the viewpoint area,
The relative distance index R adj_cond is an electromagnetic wave numerical analysis device that calculates through the following equation:
Figure 112013026169888-pat00063

Where L s is the largest distance from the center of gravity of one triangle in the power point area to each vertex of two triangles in the power point area, L o is the center of gravity of one triangle in the viewpoint area The largest of the distances to each vertex of the two triangles within the viewpoint area,
Figure 112013026169888-pat00064
Denotes the distance between the center of gravity of one triangle in the power point area and the center of gravity of one triangle in the viewpoint area.
청구항 7에 있어서,
상기 전원점 영역과 상기 관측점 영역은 서로 인접 또는 이격되어 있고,
상기 임계치는 1 내지 1.5 사이의 값이며,
상기 상대거리 지수 Radj _ cond가 상기 임계치보다 작으면 해당 원소는 상기 임피던스 행렬 내의 주 대각선 주변에 배열되고,
상기 상대거리 지수 Radj _ cond가 상기 임계치보다 크면 해당 원소는 상기 임피던스 행렬 내의 상삼각 또는 하삼각 부근에 배열되는 전자파 수치 해석 장치.
The method of claim 7,
The power point area and the observation point area are adjacent to or spaced apart from each other,
The threshold is a value between 1 and 1.5,
If the relative distance index R adj _ cond is less than the threshold, the elements are arranged around a major diagonal in the impedance matrix,
And when the relative distance index R adj _ cond is greater than the threshold, the corresponding element is arranged near an upper triangle or a lower triangle in the impedance matrix.
청구항 8에 있어서,
상기 임피던스 행렬 내의 주 대각선 상에 위치한 원소는 상기 상대거리 지수가 0인 경우에 대응되는 임피던스 값들이고,
상기 전원점 영역과 상기 관측점 영역의 이격 정도가 클수록, 상기 계산된 원소는 상기 임피던스 행렬 내에서 상기 주 대각선 상의 원소로부터 이격된 곳에 위치하는 전자파 수치해석 장치.
The method according to claim 8,
The elements located on the main diagonal in the impedance matrix are impedance values corresponding to when the relative distance index is 0,
And the greater the distance between the power point region and the viewpoint region is, the calculated element is located at a position spaced apart from the element on the main diagonal in the impedance matrix.
청구항 6에 있어서,
상기 임피던스 행렬에 대한 역행렬을 계산하는 역행렬 계산부; 및
상기 임피던스 행렬의 역행렬과 입사파 행렬을 이용하여 표면전류 행렬을 연산하는 표면전류 연산부를 더 포함하는 전자파 수치해석 장치.
The method of claim 6,
An inverse matrix calculator configured to calculate an inverse matrix of the impedance matrix; And
And a surface current calculator configured to calculate a surface current matrix using the inverse matrix and the incident wave matrix of the impedance matrix.
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