KR101803933B1 - 전자기파 조절량 및 흡수량을 측정하기 위한 방법 - Google Patents

Abstract

전자기파 조절량 및 흡수량을 측정하기 위한 방법 및 시스템이 제공된다. 전자기파 특성 측정 시스템의 전자기파 조절량 측정 방법은, 전자기파 측정을 위한 측정 장치, 송신 표준안테나 및 수신 표준안테나를 설치하고, 송신 표준안테나로부터 자유공간으로 발생한 전자기파를 수신 표준안테나가 일정 거리 떨어진 위치에서 구의 표면을 따라 측정하는 단계와, 송신 적합안테나로부터 자유공간으로 발생한 전자기파를 구의 표면을 따라 수신 표준안테나가 측정하는 단계와, 송신 적합안테나와 대향하도록 측정 장치에 전자기파 조절 물질을 설치한 후, 송신 적합 안테나로부터 전자기파 조절 물질로 발생한 전자기파를 구의 표면을 따라 수신 표준안테나가 측정하는 단계와, 전자기파 조절 물질 대신 완전반사판을 설치한 후, 송신 적합 안테나로부터 완전반사판으로 발생한 전자기파를 구의 표면을 따라 수신 표준안테나가 측정하는 단계를 포함하며, 송신 적합안테나는 전자기파의 메인빔의 안테나 패턴이 전자기파 조절 물질 및 완전반사판에 설정된 기준값 이상 흡수되도록 하는 안테나이다.

Description

전자기파 조절량 및 흡수량을 측정하기 위한 방법{Method for measuring adjustment and absorption of electromagnetic-wave}

본 발명은 전자기파 조절량 및 흡수량을 측정하기 위한 방법 및 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 메타물질 또는 완전반사판에 의해 전자기파가 회절 또는 감쇠되거나 흡수 또는 반사되어 조절되는 양을 측정하기 위한 전자기파 조절량 및 흡수량을 측정하기 위한 방법 및 시스템에 관한 것이다.

자유공간에서 전자기파는 전기장과 자기장이 직각으로 교차하면서 직진한다. 그러나, 직진하던 전자기파는 특정 물질에 접촉하면서 감쇠 또는 흡수에 의해 신호의 세기가 약하게 된다. 또는, 직진하던 전자기파는 특정 물질에 의해 진행 방향의 역방향으로 반사되거나 특정 물질을 우회하는 회절 현상을 보이기도 한다. 즉, 전자기파는 공간으로 방사되어 진행하면서 신호의 흡수, 감쇠, 반사 또는 회절되어 진행방향과 다르게 조절되는 특성을 갖는다.

전자기파의 이러한 특성을 인위적으로 조절하는 물질로서 메타물질, 페인트 등이 있다. 메타물질, 페인트 등은 전기전자기기 및 방송통신기기에서 발생하는 전자기파를 차폐, 흡수, 조절하거나, 레이더에 걸리지 않은 스텔스 기능을 갖도록 한다. 그러나, 기존의 메타물질을 통해 전자기파가 흡수, 감쇠, 반사, 회절 및 조절되는 양을 정확히 측정하는 방법은 제시되지 않고 있다. 따라서, 메타물질을 응용하여 전기전자기기의 전자기파를 효율적으로 사용하는데는 한계가 있다.

국내 등록특허 제10-0850448호(2008.07.30. 등록)

전술한 문제점을 해결하기 위하여 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 전자기파 조절 물질 또는 완전반사판에 의해 전자기파가 흡수, 감쇠, 반사, 회절 및 조절되는 양을 정확히 측정할 수 있는 전자기파 조절량 및 흡수량을 측정하기 위한 방법 및 시스템을 제시하는 데 있다.

전술한 기술적 과제를 해결하기 위한 수단으로서, 본 발명의 실시예에 따르면, 전자기파 특성 측정 시스템의 전자기파 측정 방법은, (A) 전자기파 측정을 위한 측정 장치, 송신 표준안테나 및 수신 표준안테나를 설치하고, 상기 송신 표준안테나로부터 자유공간으로 발생한 전자기파를 상기 수신 표준안테나가 일정 거리 떨어진 위치에서 구의 표면을 따라 측정하는 단계; (B) 상기 송신 표준안테나 대신 송신 적합안테나를 설치하고, 상기 송신 적합 안테나로부터 상기 자유공간으로 발생한 전자기파를 상기 구의 표면을 따라 상기 수신 표준안테나가 측정하는 단계; (C) 상기 송신 적합안테나와 대향하도록 상기 측정 장치에 전자기파 조절 물질을 설치한 후, 상기 송신 적합 안테나로부터 상기 전자기파 조절 물질로 발생한 전자기파를 상기 구의 표면을 따라 상기 수신 표준안테나가 측정하는 단계; 및 (D) 상기 전자기파 조절 물질 대신 완전반사판을 설치한 후, 상기 송신 적합 안테나로부터 상기 완전반사판으로 발생한 전자기파를 상기 구의 표면을 따라 상기 수신 표준안테나가 측정하는 단계;를 포함하며, 상기 송신 표준안테나, 상기 송신 적합안테나, 상기 전자기파 조절 물질 및 상기 완전반사판을 설정된 각도 단위로 회전시키면서 전자기파를 발생시키며, 상기 송신 적합안테나는 상기 전자기파의 메인빔의 안테나 패턴이 상기 전자기파 조절 물질 및 상기 완전반사판에 설정된 기준값 이상 도달하도록 하는 안테나이다.

상기 (A) 단계 내지 상기 (D) 단계에서, 상기 송신 표준안테나, 상기 송신 적합안테나, 상기 측정 장치, 상기 전자기파 조절 물질 및 상기 완전반사판은, 포지셔너에 의해 수직축을 기준으로 0도부터 180도까지 설정된 각도 단위로 회전할 때마다, 수평축을 기준으로 0도부터 360도까지 설정된 각도 단위로 회전할 수 있다.

(E) 상기 (C) 단계에서 측정된 전자기파 각각과 상기 (B) 단계에서 측정된 전자기파를 각도마다 비교하여 자유공간에서 전자기파 조절 물질에 의해 각도마다 조절 또는 흡수되는 조절량 및 흡수량을 각도 단위마다 확인하는 단계; 및 (F) 상기 (C) 단계에서 측정된 전자기파 각각과 상기 (D) 단계에서 측정된 전자기파를 각도마다 비교하여 완전반사판과 전자기파 조절 물질에 의해 각도마다 조절 또는 흡수되는 조절량 및 흡수량을 설정된 각도 단위마다 확인하는 단계;를 더 포함한다.

상기 (E) 단계는, (E1) 상기 (A) 단계에서 측정된 전자기파와 상기 (B) 단계에서 측정된 전자기파를 비교하여 자유공간에서의 상대이득을 구하는 단계; (E2) 상기 (A) 단계에서 측정된 전자기파와 상기 (C) 단계에서 측정된 전자기파를 비교하여 전자기파 조절 물질에서의 상대이득을 구하는 단계; 및 (E3) 상기 자유공간에서의 상대이득과 상기 전자기파 조절 물질에서의 상대이득의 차이를 이용하여 상기 전자기파의 조절량 및 흡수량을 확인하는 단계;를 포함하고, 상기 (F) 단계는, (F1) 상기 (A) 단계에서 측정된 전자기파와 상기 (D) 단계에서 측정된 전자기파를 비교하여 완전반사판에서의 상대이득을 구하는 단계; (F2) 상기 (A) 단계에서 측정된 전자기파와 상기 (C) 단계에서 측정된 전자기파를 비교하여 전자기파 조절 물질에서의 상대이득을 구하는 단계; 및 (F3) 상기 완전반사판에서의 상대이득과 상기 전자기파 조절 물질에서의 상대이득의 차이를 이용하여 상기 전자기파의 흡수량을 확인하는 단계;를 더 포함한다.

상기 (E3) 단계는, (E31) 상기 수직축을 기준으로 0도부터 90도까지 설정된 각도 단위로 회전할 때마다 측정되어 구해진 상기 자유공간에서의 상대이득과, 상기 전자기파 조절 물질에서의 상대이득의 차이를 0도부터 90도까지의 각도 별 조절량으로서 산출하는 단계; (E32) 상기 수직축을 기준으로 0도부터 90도까지 설정된 각도 단위로 회전할 때마다 측정되어 구해진 상기 자유공간에서의 상대이득을 합한 결과와, 상기 전자기파 조절 물질에서의 상대이득을 합한 결과의 차이를 상기 전자기파의 총 조절량으로서 산출하는 단계; 및 (E33) 상기 수직축을 기준으로 회전한 0도부터 90도 중 특정 각도 구간에 대해 구해진 상기 자유공간에서의 상대이득을 합한 결과와, 상기 전자기파 조절 물질에서의 상대이득을 합한 결과의 차이를 특정 각도 구간의 총 조절량으로서 산출하는 단계; 중 적어도 하나를 포함한다.

상기 (F3) 단계는, (F31) 상기 수직축을 기준으로 90도부터 180도까지 설정된 각도 단위로 회전할 때마다 측정되어 구해진 상기 완전반사판에서의 상대이득과, 상기 전자기파 조절 물질에서의 상대이득의 차이를 90도부터 180도까지의 각도 별 흡수량으로서 산출하는 단계; (F32) 상기 수직축을 기준으로 90도부터 180도까지 설정된 각도 단위로 회전할 때마다 측정되어 구해진 상기 완전반사판에서의 상대이득을 합한 결과와, 상기 전자기파 조절 물질에서의 상대이득을 합한 결과의 차이를 상기 전자기파의 총 흡수량으로서 산출하는 단계; 및 (F33) 상기 수직축을 기준으로 회전한 90도부터 180도 중 특정 각도 구간에 대해 구해진 상기 완전반사판에서의 상대이득을 합한 결과와, 상기 전자기파 조절 물질에서의 상대이득을 합한 결과의 차이를 특정 각도 구간의 총 흡수량으로서 산출하는 단계; 중 적어도 하나를 포함한다.

상기 (C) 단계는, (C1) 안테나 전자기파 무반사실에 상기 송신 적합안테나, 전자기파 측정을 위한 측정 장치 및 상기 수신 표준안테나를 설치하는 단계; (C2) 상기 측정 장치에 마련된 이동대에 상기 전자기파 조절 물질을 설치하는 단계; (C3) 상기 전자기파 조절 물질과 상기 송신 적합안테나의 거리가 원거리장이 되도록 상기 이동대의 위치를 조절하는 단계; (C4) 상기 측정 장치에 설치된 상기 송신 적합안테나가 좌우방향으로 0도부터 180도까지 설정된 각도 단위로 회전할 때마다, 상하방향으로 0도부터 360도까지 설정된 각도 단위로 회전하면서 전자기파를 발생하는 단계; 및 (C5) 상기 수신 표준안테나가 상기 (C4) 단계에서 발생하는 전자기파를 상기 구의 표면을 따라 측정하되, 상기 측정 장치가 상기 설정된 각도 단위로 회전할 때마다 측정하는 단계;를 포함한다.

상기 (D) 단계는, (D1) 안테나 전자기파 무반사실에 상기 송신 적합안테나, 전자기파 측정을 위한 측정 장치 및 상기 수신 표준안테나를 설치하는 단계; (D2) 상기 측정 장치에 마련된 이동대에 상기 완전반사판을 설치하는 단계; (D3) 상기 완전반사판과 상기 송신 적합안테나의 거리가 원거리장이 되도록 상기 이동대의 위치를 조절하는 단계; (D4) 상기 측정 장치에 설치된 상기 송신 적합안테나가 좌우방향으로 0도부터 180도까지 설정된 각도 단위로 회전할 때마다, 상하방향으로 0도부터 360도까지 설정된 각도 단위로 회전하면서 전자기파를 발생하는 단계; 및 (D5) 상기 수신 표준안테나가 상기 (D4) 단계에서 발생하는 전자기파를 상기 구의 표면을 따라 측정하되, 상기 측정 장치가 상기 설정된 각도 단위로 회전할 때마다 측정하는 단계;를 포함한다.

한편, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 전자기파 측정 시스템은, 전자기파를 각각 자유공간, 전자기파 조절 물질이 구비된 공간 및 완전반사판이 구비된 공간에서 발생시키는 전자기파 측정 장치; 상기 전자기파 측정 장치에서 발생된 전자기파를 구의 표면을 따라 수신하여 측정하는 수신 표준안테나; 및 상기 수신 표준안테나를 통해 수신된 전자기파의 세기를 측정하고, 측정된 세기를 비교하여 상기 전자기파의 조절량 및 흡수량을 측정하는 전자기파 조절 및 흡수 분석기;를 포함한다.

상기 전자기파 측정 장치는 안테나 측정 시스템의 포지셔너 측에 구비되고, 상기 수신 표준안테나는 상기 안테나 측정 시스템의 마스터 측에 구비되며, 상기 전자기파 측정 장치는 상기 포지셔너에 의해 설정된 각도 단위로 회전하면서 전자기파를 발생한다.

상기 전자기파 측정 장치는, 가로 방향으로 구비되는 안테나 받침대; 상기 안테나 받침대의 일측에 설치되는 이동대; 상기 안테나 받침대의 타측에 구비되는 지지대; 상기 안테나 받침대의 타측 상부에 설치되는 송신 안테나; 상기 송신 안테나와 대향하도록 일정 거리 이격된 위치에 구비되며, 상기 이동대에 의해 이동하여 상기 송신 안테나와 원거리장을 형성하는 전자기파 조절 물질; 및 상기 지지대의 일면과 연결되어, 상기 전자기파 측정 장치를 종축을 기준으로 0~180도까지 회전시키면서, 횡축을 기준으로 0~360도까지 회전시키는 종횡축 구동장치;를 포함한다.

상기 종횡축 구동장치는 제1각도 단위로 상기 전자기파 측정 장치를 종축을 기준으로 회전시킬 때마다 제2각도 단위로 상기 전자기파 측정 장치를 횡축을 기준으로 회전시키며, 상기 송신 안테나는 상기 제1 및 제2각도 단위로 회전할 때마다 전자기파를 발생한다.

상기 안테나 받침대, 이동대, 지지대 및 종횡축 구동장치의 소재는 로하셀 또는 스티로폼이다.

본 발명에 따르면, 전자기파 조절 물질 또는 완전반사판에 의해 전자기파가 조절 또는 흡수되는 양을 정확히 측정할 수 있으며, 따라서, 전기전자기기 또는 방송통신기기가 설치되는 환경에 따라 적합한 메타물질을 이용하여 보다 효율적으로 전자기파를 송수신하도록 할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 전자기파의 조절량 및 흡수량을 측정하기 위한 측정 장치를 개략적으로 도시한 도면,　
도 2는 구의 내부에 설치된 측정 장치의 일부를 도시한 도면,　
도 3은 메타물질의 메인빔 흡수율이 99% 이상 측정되도록 하는 송신 안테나 특성을 설명하기 위한 도면, 　
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 측정 장치를 이용한 전자기파 특성 측정 시스템을 도시한 도면, 　
도 5는 송신 표준안테나에서 표준공간에 발생시키는 전자기파의 특성, 즉, 기준 전자기파를 측정하기 위한 시스템을 도시한 도면,　
도 6은 송신 적합안테나에서 자유공간에 발생시키는 전자기파의 특성을 측정하기 위한 시스템을 도시한 도면,　
도 7은 송신 적합안테나에서 메타물질이 구비된 자유공간에 발생시키는 전자기파의 특성을 측정하기 위한 시스템을 도시한 도면,　
도 8은 송신 적합안테나에서 완전반사판이 구비된 자유공간에 발생시키는 전자기파의 특성을 측정하기 위한 시스템을 도시한 도면,
　도 9는 본 발명의 실시 에에 따른 측정 장치를 포함하는 전자기파 특성 측정 시스템의 전자기파 조절량 및 흡수량 측정 방법을 보여주는 흐름도,
도 10은 도 9의 S910단계를 자세히 도시한 흐름도,
도 11은 도 9의 S920단계를 자세히 도시한 흐름도,
도 12는 도 9의 S930단계를 자세히 도시한 흐름도,
도 13은 도 9의 S940단계를 자세히 도시한 흐름도
도 14는 도 9의 S950단계 중 조절량을 확인하는 방법을 자세히 도시한 흐름도,
도 15는 도 14의 S1440단계를 자세히 도시한 흐름도,
도 16은 도 9의 S950단계 중 흡수량을 확인하는 방법을 자세히 도시한 흐름도,
도 17은 도 16의 S1640단계를 자세히 도시한 흐름도,
도 18은 본 발명의 실시 예에 따른 메타물질에 의한 조절 특성 측정 결과를 보여주는 도면, 그리고,
도 19는 본 발명의 실시 예에 따른 메타물질에 의한 흡수 특성 측정 결과를 보여주는 도면이다.

이상의 본 발명의 목적들, 다른 목적들, 특징들 및 이점들은 첨부된 도면과 관련된 이하의 바람직한 실시예들을 통해서 쉽게 이해될 것이다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다.

본 명세서에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소 상에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 구성요소 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 구성요소가 개재될 수도 있다는 것을 의미한다. 또한, 도면들에 있어서, 구성요소들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다.

본 명세서에서 제1, 제2 등의 용어가 구성요소들을 기술하기 위해서 사용된 경우, 이들 구성요소들이 이 같은 용어들에 의해서 한정되어서는 안 된다. 이들 용어들은 단지 어느 구성요소를 다른 구성요소와 구별시키기 위해서 사용되었을 뿐이다. 여기에 설명되고 예시되는 실시예들은 그것의 상보적인 실시예들도 포함한다.

또한, 본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 '포함한다(comprises)' 및/또는 '포함하는(comprising)'은 언급된 구성요소는 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하도록 한다. 아래의 특정 실시예들을 기술하는데 있어서, 여러 가지의 특정적인 내용들은 발명을 더 구체적으로 설명하고 이해를 돕기 위해 작성되었다. 어떤 경우에는, 발명을 기술하는 데 있어서 주지되었거나 발명과 크게 관련 없는 부분은 본 발명을 설명하는 데 있어 혼돈이 오는 것을 막기 위해 기술하지 않는다.

이하, 본 발명에서 실시하고자 하는 구체적인 기술내용에 대해 첨부도면을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 전자기파의 조절량 및 흡수량을 측정하기 위한 측정 장치(100)를 개략적으로 도시한 도면이다.

도 1의 측정 장치(100)는 송신 안테나(150)가 회전하면서 전자기파를 발생하면, 일정 거리 이상 떨어진 수신 표준안테나에서 구의 표면(또는 구의 체적)을 따라 전자기파를 측정하도록 하기 위한 장치이다.

도 1을 참조하면, 측정 장치(100)는 안테나 받침대(110), 이동대(120), 전자기파 조절 물질(130), 지지대(140), 송신 안테나(150), 안테나 거치대(160), 고정대(170) 및 종횡축 구동장치(180)를 포함한다.

안테나 받침대(110)의 일측에는 이동대(120)가 설치되고, 타측에는 지지대(140)가 설치된다. 안테나 받침대(110)의 타측 상면에는 안테나 거치대(160)가 설치된다.

이동대(120)의 양면 중 지지대(140)와 대향하는 일면에는 전자기파 조절 물질(130) 또는 완전반사판(130a)이 부착될 수 있다. 이동대(120)는 부착된 전자기파 조절 물질(130) 또는 완전반사판(130a)과 송신 안테나(150)의 사이가 원거리장(Far-field)을 형성하도록 받침대(110) 위에서 이동할 수 있다. 이는, 전자기파 조절 물질(130)의 종류별 주파수 특성에 따라 원거리장을 유지하기 위해서는 거리 조정이 필요하기 때문이다. 이를 위해, 이동대(120)의 이동거리를 측정할 수 있는 눈금자가 안테나 받침대(110)에 설치될 수 있다.

지지대(140)의 일면 하부에는 안테나 거치대(160)가 부착되고, 타면에는 종횡축 구동장치(180)가 연결된다.

안테나 거치대(160)는 지지대(140)에 부착된 상태에서 송신 안테나(150)가 설정된 각도 단위로 회전하도록 한다. 즉, 안테나 거치대(160)는 전자기파 조절 물질(130)로 향하는 전자기파의 방향(또는 각도)를 조정할 수 있다. 이로써, 송신 안테나(150)는 안테나 거치대(160)에 의해 이동하면서 전자기파를 발생하는 방향을 변경할 수 있다. 안테나 거치대(160)의 회전은 후술할 포지셔너(420)가 측정 장치(100)를 회전하는 것과는 별개로 구동된다.

종횡축 구동장치(180)는 지지대(140)에 연결된 상태에서 종축(즉, 수직축)을 기준으로 0~180도까지 설정된 제1각도 단위로 회전하며, 횡축(즉, 수평축)을 기준으로 0~360까지 설정된 제2각도 단위로 회전할 수 있다. 특히, 종횡축 구동장치(180)는 수직축을 기준으로 0~180도까지 제1각도 단위로 회전할 때마다, 수평축을 기준으로 0~360도까지 제2각도 단위로 회전할 수 있다. 이로써, 측정 장치(100) 역시 수직축을 기준으로 0~180도까지 설정된 각도 단위로 회전할 때마다, 이와 동시에 수평축을 기준으로 0~360도까지 설정된 각도 단위로 회전할 수 있다.

한편, 이동대(120)에 부착되는 전자기파 조절 물질(130)은 메타물질(Metematerial)이거나 또는 페인트가 칠해진 판일 수 있다. 메타물질은 전자기파의 흡수, 감쇠, 반사 및 회절 특성을 인위적으로 조절할 수 있는 물질로서, 메타물질의 특성 및 품질에 따라 전자기파가 흡수, 감쇠, 반사 및 회절되는 정도가 결정된다. 메타물질을 전자기파가 진행하는 방향에 두면, 메타물질에 의해 전자기파가 흡수, 감쇠, 반사, 또는 회절되는 정도를 알 수 있다. 따라서, 전자기파가 메타물질에 의해 어떻게 조절되는지는 메타물질의 특성과 품질을 결정하는 중요한 부분이 될 수 있다.

이하에서는 전자기파가 흡수, 감쇠, 반사 및 회절되는 정도를 전자기파의 조절량이라 하며, 전자기파 조절 물질(130)로서 메타물질을 예로 들어 설명한다. 특히, 일반적으로 입사되는 전자기파의 입사각과 회절되는 출사각이 같다면, 본 발명에서는 메타물질(130)에 의해 전자기파의 출사각이 관리자가 원하는 방향으로 조절될 수 있으며, 메타물질(130)에 의해 조절된 후 전자기파의 진행방향(즉, 회절되는 각도)과 양이 변화/조절되는 정도를 조절량이라 한다. 이하에서는 설명의 편의를 위해, 회절 또는 조절량이 혼용될 수도 있다.

메타물질(130)에 의한 전자기파의 조절량과 흡수량을 보다 정확히 측정하기 위하여, 안테나 받침대(110), 이동대(120), 지지대(140), 안테나 거치대(160), 고정대(170) 및 종횡축 구동장치(180)의 소재는 전자기파 측정에 영향을 최소화로 미치는 로하셀 또는 스티로폼이 사용될 수 있다. 로하셀과 스티로폼의 유전률은 공기와 유사하기 때문이다.

한편, 자유공간으로 발생된 전자기파의 총량은 포인팅 원리를 적용하여 [수학식 1]과 같이 구할 수 있다.

[수학식 1]을 참조하면, 전자기파가 발생한 곳에서의 전자기파 총 발생량은, 발생 지점에서 일정거리 떨어진 영역의 구의 체적에서 수신된 신호를 모두 합한 것에 자유공간에서의 감쇠를 더한 값과 같다.

이를 위해, 본 발명의 실시 예에 따른 측정 장치(100)는 도 2에 도시된 것처럼 구의 내부에 설치될 수 있다.

도 2는 구(200)의 내부에 설치된 측정 장치(100)의 일부를 도시한 도면으로서, (a)는 메타물질(130)이 없는 경우이고, (b)는 메타물질(130)이 설치된 경우이다.

도 2의 (a)를 참조하면, 측정 장치(100)는 구(200)의 내부에 설치된 후 구의 표면을 향해, 즉, 자유공간으로 전자기파를 발생하며, 구(200)의 외부에 설치된 수신 표준안테나(430)가 구(200)의 표면을 따라 전자기파를 수신 및 측정한다.

도 2의 (b)를 참조하면, 측정 장치(100)는 구(200)의 내부에 설치된 메타물질(130)을 향해 전자기파를 발생하며, 수신 표준안테나(430)는 메타물질(130)에 의해 자유공간으로 방사되는 전자기파를 수신 및 측정한다. 따라서, 자유공간에서 메타물질(130)이 존재할 때와 그렇지 않을 때의 전자기파를 비교하여 전자기파 조절량을 측정 및 평가할 수 있다.

이하에서는 메타물질에 의한 전자기파 특성을 보다 정확히 측정하기 위해서, 메타물질이 필요로 하는 조건에 대해 설명한다.

먼저, 송신 안테나에서 발생하는 메인빔과 메타물질의 크기가 측정 조건에 적합하지 않을 경우에 대해 설명한다. 송신 안테나에서 발생한 전자파가 메타물질로 향하지 않고 메타물질을 넘어서거나, 메타물질의 전면적이 메인빔의 안테나 패턴보다 작으면(즉, 메인빔의 안테나 패턴이 메타물질 외의 영역으로 도달하면), 메타물질의 전자파 특성 외에 안테나에서 발생한 전자기파의 자유공간 특성 값이 함께 측정된다.

메타물질과 자유공간 전자기파 특성 값이 합쳐지면, 본 발명에서 실시하고자 하는 자유공간에서의 측정값의 총량을 비교하는 흡수량과 방향에 따른 전자파 조절량을 평가하기에 어려움이 있을 수 있다. 또한, 메타물질과 자유공간 전자기파 특성 값이 합쳐지면, 송신 안테나의 사이드 로브(Side Lobe)와 백 로브(Back Lobe)의 전자기파가 함께 측정되므로 조절량과 흡수량을 정확히 평가할 수 없게 된다.

또한, 송신 안테나의 메인빔의 반치각이 크거나 메타물질의 크기가 작으면 안테나에서 방사된 전자파가 모두 메타물질로 향하지 않을 수 있다. 이에 따라, 안테나의 특성, 메타물질의 크기, 시험장 조건 등을 고려하여 현실적인 메타물질에 대한 전자기파 조절량과 흡수량을 측정하는 방법이 필요하다.

따라서, 본 발명의 실시 예에서는 다음과 같은 조건을 갖도록 메타물질(130)과 송신 안테나(150)를 구현하며, 이는 도 3을 참조하여 설명한다.

도 3은 메타물질(130)의 메인빔의 안테나 패턴 흡수율이 99% 이상 측정되도록 하는 송신 안테나 특성을 설명하기 위한 도면이다.

도 3을 참조하면, 첫째, 메타물질(130)의 크기는 메타물질(130)과 송신 안테나(150)가 원거리장으로 이격하였을 때, 메타물질(130)이 메인빔을 대부분 수용할 수 있도록 충분히 커야 한다. 이를 위해, 메타물질(130)의 일면은 송신 안테나(150)로부터 방사되는 메인빔의 안테나 패턴을 대부분 포함할 수 있는 크기를 갖는다.

메타물질(130)과 송신 안테나(150)의 이격 거리가 커지게 되면 메타물질(130)의 크기도 증가하여야 한다. 메타물질(130)의 크기는 메타물질(130) 중 송신 안테나(150)와 대향하는 면의 면적을 의미한다. 메타물질(130)을 원거리장 이상 이격하는 이유는 전자기파가 충분히 방사되도록 하여 근거리장 효과를 최소화하기 위함이다.

둘째, 송신 안테나(150)에서 발생한 전자기파는 모두 메타물질(130)을 향하도록 송신 안테나(150)의 특성이 우수하여야 한다. 이에 따라, 메인빔의 반치각은 가급적 작아야 하며, 이는 송신 안테나(150)의 특성에 의해 결정될 수 있다.

셋째, 송신 안테나(150)의 사이드 로브 및 백 로브가 없거나 최소한으로 적어야 한다. 메타물질(130)이 메인빔을 흡수하는 정도, 즉, 흡수량을 측정하려는 경우, 사이드 로브와 백 로브의 크기는 메인빔의 크기보다 작아야 한다. 즉, 흡수율이 약 99% 정도가 되도록 하려는 경우, 사이드 로브와 메인빔의 차이, 그리고, 백 로브와 메인빔의 차이는 20dBi 이상이어야 한다. 즉, 사이드 로브와 백 로브는 메인빔 대비 20dBi 이상 작은 값을 가져야 하며, 이 역시 송신 안테나(150)의 특성에 의해 결정될 수 있다.

도 3에서는 메인빔의 안테나 패턴의 흡수율이 99% 이상되는 조건에 대해 설명하였으나, 99%에 한정되지 않고, 본 발명의 실시예에서는 설치 환경에 따라 메인빔이 가능한 많이, 즉, 설정된 기준값 이상 전자기파 조절 물질 또는 완전반사판에 도달하도록 하는 것을 특징으로 한다.

도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 측정 장치(100)를 이용한 전자기파 특성 측정 시스템을 도시한 도면이다.

구체적으로, 도 4의 (a)는 측정 장치(100)의 송신 안테나(150)와 수신 표준안테나(430)가 서로 대향하고 있는 상태, 즉, 후술할 a=0도, b=0도일 때의 상태를 보여주는 도면이다. 도 4의 (b)는 측정 장치(100)가 180도까지 회전한 상태, 즉, a=180도, b=0도일 때의 상태를 보여주는 도면이다.

도 4를 참조하면, 전자기파 특성 측정 시스템은 마스터(410), 포지셔너(420), 측정 장치(100), 수신 표준안테나(430), 네트워크 분석기(440) 및 전자기파 조절 및 회절 분석기(450)를 포함한다.

마스터(410)와 포지셔너(420)는 안테나 시스템에서 사용되는 일반적인 장치이다. 마스터(410)는 안테나를 고정시키며, 포지셔너(420)는 6축으로 움직임이 가능하여 안테나를 이동/회전시키는 데 사용된다.

본 발명의 실시 예에서, 포지셔너(420)는 측정 장치(100)가 수직축을 기준으로 0~180도까지 회전되도록 하며, 이와 동시에, 수평축을 기준으로 0~360도까지 회전하도록 한다. 특히, 포지셔너(420)는 측정 장치(100)가 0~180도까지 설정된 제1각도 단위만큼 회전할 때마다, 0~360도까지도 설정된 제2각도 단위만큼 회전하도록 할 수 있다.

예를 들어, 제1각도 단위가 1도이고, 포지셔너(420)가 1도 단위로 이동할 때의 측정 장치(100)의 각도를 a라 하며, 제2각도 단위가 1도이고, 포지셔너(420)가 1도 단위로 이동할 때의 측정 장치(100)의 각도를 b라 한다. 포지셔너(420)는 초기값 0도에서 측정 장치(100)를 1도만큼 회전시킨 후(a=1), 다시 측정 장치(100)를 1도 단위로 회전시킨다(b=0, 1, 2, …, 356, 360). 따라서, a=1일 때, 즉, 측정 장치(100)가 수평축을 기준으로 1도만큼 회전하였을 때, 이 상태에서 측정 장치(100)는 수직축을 기준으로 1도 단위만큼 회전하면서 전자기파를 360회 발생한다. b=360도, 즉, 0도가 되면, 포지셔너(420)는 측정 장치(100)를 수직축을 기준으로 다시 1도 회전시킨다. 이로써, a=2도가 되며, 이 상태에서, 측정 장치(100)는 측정 장치(100)를 1도 단위로 수직축을 기준으로 회전시킨다. 포시셔너(420)는 이와 같은 동작을 a=180도가 될 때까지 반복한다. 따라서, 송신 안테나(150)는 도 4의 (a)에 도시된 초기 위치(a=0도, b=0도)에서 a=180도가 될 때까지 180회(수직축으로 회전한 횟수)×360회(수평축으로 회전한 횟수)의 전자기파를 발생한다.

측정 장치(100)는 도 1 내지 도 3을 참조하여 설명한 측정 장치(100)로서, 포지셔너(420)에 설치되어, 포지셔너(420)에 의해 수직축을 기준으로 0~180도로 회전하면서, 수평축을 기준으로 0~360도로 회전할 수 있다. 수직축 및 수평축은 종횡축 구동장치(180)의 종축 및 횡축이다.

측정 장치(100) 내에 설치되는 송신 안테나(150)로는 측정하고자 하는 조건에 따라 송신 표준안테나 또는 송신 적합안테나가 사용될 수 있다. 송신 표준안테나와 수신 표준안테나(430)는 한국표준과학연구원에서 지정한 안테나로서, 안테나로부터 전자기파가 송수신될 때의 기준으로 사용될 수 있다.

송신 적합안테나는 도 3을 참조하여 설명한 조건을 충족하는 안테나로서, 간단히 설명하면, 송신 적합안테나에서 발생하는 전자기파의 메인빔의 안테나 패턴이 메타물질(130) 및/또는 완전반사판(130a)에 설정된 기준값 이상 도달하도록 하며, 사이드 로브와 백 로브가 적은 특성을 갖는 안테나이다.

네트워크 분석기(440)는 송신기(442) 및 수신기(444)를 포함한다.

네트워크 분석기(440)는 송신 안테나(150)가 발생할 전자기파의 세기를 제어한다. 송신기(442)는 네트워크 분석기(440)의 제어에 따라 전자기파의 세기를 조절하며, 송신 안테나(150)는 송신기(442)에 의해 조절된 세기에 해당하는 전자기파를 자유공간으로 발생한다.

수신기(444)는 수신 표준안테나(430)가 수신한 전자기파 또는 수신 표준안테나(430)가 수신하여 측정한 전자기파의 세기를 입력받는다.

전자기파 조절 및 흡수 분석기(450)는 네트워크 분석기(440)로부터 전달된 전자기파의 세기를 이용하여 구(200) 형태의 자유공간에서 발생한 전자기파의 회절, 감쇠, 흡수 및 반사 중 적어도 하나에 대한 변화량, 즉, 조절량을 확인할 수 있다. 즉, 수신 표준안테나(430)가 일정거리만큼 떨어진 위치의 자유공간에서 전자기파를 수신하며, 전자기파 조절 및 흡수 분석기(450)는 메타물질이 존재할 때와 존재하지 않을 때의 전자기파의 세기를 비교하여 전자기파 변화량을 분석할 수 있다. 전자기파 조절 및 흡수 분석기(450)에 대해서는 도 5 내지 도 8을 참조하여 자세히 설명한다.

한편, 상술한 시스템은 메타물질(130)과 완전반사판(130a)의 전자기파 특성 측정을 위해, 외부 전자파가 유입되지 않도록 차폐되어 있으며, 내부 반사파의 발생을 최소화하도록 흡수체가 부착되어 있는 실험실에 설치될 수 있다. 따라서, 마스터(410), 포지셔너(420), 측정 장치(100) 및 수신 표준안테나(430)는 안테나 전자기파 무반사실에 설치되어 전자기파의 특성을 측정할 수 있다.

이는, 외부의 전자기파가 실험실 내로 유입되면 메타물질에 의한 전자기파 특성과 혼합되어 측정에 오류가 발생할 수 있기 때문이다. 또한, 메타물질을 측정하기 위해 송신 안테나(150)에서 발생한 전자기파가 실험실 표면에서 반사되어 수신 표준안테나(430)로 유입되면, 반사전자파의 위상에 따라 측정값이 증가 또는 감소하게 되어 측정에 오류가 발생하게 된다. 따라서, 반사파가 송신 안테나(150)에서 발생한 전자기파에 영향을 주지 않도록 하기 위하여, 실험실의 6면은 흡수체로 코팅되어 있거나 덮여 있어야 한다.

한편, 본 발명의 실시 예에 따른 측정 장치(100)를 이용한 전자기파 특성 측정 시스템은 송신 안테나(150)를 변경하거나, 메타물질(130) 또는 완전반사판(130a)을 이용하여 전자기파를 측정하여야 한다. 이를 위해, 전자기파 특성 측정 시스템은 도 5 내지 도 8에 도시된 바와 같이 시스템의 구성을 변경하여야 한다.

이하에서는 도 5 내지 도 8을 참조하여 전자기파 특성 측정 시스템이 전자기파를 송수신하고, 조절된 정보를 확인하는 동작에 대해 설명한다. 도 5 내지 도 8에 도시된 시스템은 도 4와 동일한 구성을 가지나, 설명의 편의를 위해 도 4의 시스템을 간략히 도시하고, 도면에서 식별번호는 생략한다.

도 5는 송신 표준안테나에서 표준공간에 발생시키는 전자기파의 특성, 즉, 기준 전자기파를 측정하기 위한 시스템을 도시한 도면이다.

도 5를 참조하면, 송신 안테나(150)의 위치에 송신 표준안테나를 설치하고, 이동대(120)에는 아무런 물질도 설치하지 않은 상태에서 포지셔너(420)에 측정 장치(100)를 연결한다. 표준공간이라 함은 자유공간과 동일하나 다만 송신 표준안테나(150)가 전자기파를 발생하고, 메타물질(130)이나 완전반사판(130a)이 설치되지 않은 공간을 의미한다.

먼저, 송신 표준안테나(150)와 수신 표준안테나(430)가 대향한 상태에서 송신 표준안테나(150)는 전자기파를 발생시키고, 일정거리 이상 떨어진 마스터(410)에 설치된 수신 표준안테나(430)는 표준공간에서 발생한 전자기파를 수신 및 측정한다. 그리고, 포지셔너(420)는 종횡축 구동장치(180)의 종축을 기준으로 측정 장치(100)가 0~180도까지 설정된 제1각도 단위로 회전할 때마다, 횡축을 기준으로 측정 장치(100)가 0~360도까지 제2각도 단위로 회전하도록 하며, 이 때 송신 표준안테나(150)는 측정 장치(100)가 회전할 때마다 전자기파를 발생한다. 만약, 제1각도 단위와 제2각도 단위가 모두 1도인 경우, 송신 표준안테나(150)는 (180×360)번 전자기파를 발생한다.

수신 표준안테나(430)는 표준공간에서의 전자기파(즉, 제1각도 단위 및 제2각도 단위로 회전하면서 발생되는 전자기파)를 구의 표면을 따라 기준 전자기파(A)로서 수신 및 측정한다.

[표 1]은 송신 표준안테나(150)에서 발생한 전자기파를 수신 표준안테나(430)가 표준공간에서 수신한 기준 전자기파(A)의 일 예를 보여준다.

측정 장치의 회전 각도	기준 전자기파 Aa,b
a=0도일 때, b=0도~359도까지 1도 단위로 회전	Aa,b={A0,0, A0,1, A0,2, …, A0,359}
a=1도일 때, b=0도~359도까지 1도 단위로 회전	Aa,b={A1,0, A1,1, A1,2, …, A1,359}
…	…
a=179도일 때, b=0도~359도까지 1도 단위로 회전	Aa,b={A179,0, A179,1, A179,2, …, A179,359}

도 6은 송신 적합안테나에서 자유공간에 발생시키는 전자기파의 특성을 측정하기 위한 시스템을 도시한 도면이다.

도 6을 참조하면, 도 4의 송신 안테나(150)의 위치에 송신 적합안테나를 설치하고, 이동대(120)에는 아무런 물질도 설치하지 않은 상태에서 포지셔너(420)에 측정 장치(100)를 연결한다.

먼저, 송신 적합안테나(150)와 수신 표준안테나(430)가 대향한 상태에서 송신 적합안테나(150)는 전자기파를 발생시키고, 포지셔너(420)는 도 5를 참조하여 설명한 것처럼 측정 장치(100)를 회전시키며, 송신 적합안테나(150)는 측정 장치(100)가 설정된 각도 단위로 회전할 때마다 전자기파를 발생한다.

[표 2]는 송신 적합안테나(150)에서 발생한 전자기파를 자유공간에서 수신 표준안테나(430)가 수신한 전자기파(B)의 일 예를 보여준다.

측정 장치의 회전 각도	전자기파 Ba,b
a=0도일 때, b=0도~359도까지 1도 단위로 회전	Ba,b={B0,0, B0,1, B0,2, …, B0,359}
a=1도일 때, b=0도~359도까지 1도 단위로 회전	Ba,b={B1,0, B1,1, B1,2, …, B1,359}
…	…
a=179도일 때, b=0도~359도까지 1도 단위로 회전	Ba,b={B179,0, B179,1, B179,2, …, B179,359}

도 7은 송신 적합안테나에서 메타물질이 구비된 자유공간에 발생시키는 전자기파의 특성을 측정하기 위한 시스템을 도시한 도면이다.

도 7을 참조하면, 도 4의 송신 안테나(150)의 위치에 송신 적합안테나를 설치하고, 이동대(120)에는 메타물질(130)을 구비한 후, 메타물질(130)과 송신 적합안테나(150)의 거리가 원거리장이 되도록 이동대(120)의 위치를 조정한다. 원거리장이 형성되면, 포지셔너(420)에 측정 장치(100)를 연결한다.

먼저, 송신 적합안테나(150)와 수신 표준안테나(430)가 대향한 상태에서 송신 적합안테나(150)는 전자기파를 발생시키고, 포지셔너(420)는 도 5를 참조하여 설명한 것처럼 측정 장치(100)를 회전시키며, 송신 적합안테나(150)는 측정 장치(100)가 설정된 각도 단위로 회전할 때마다 전자기파를 발생한다.

[표 3]은 송신 적합안테나(150)에서 발생한 전자기파를 메타물질(130)이 구비된 자유공간에서 수신 표준안테나(430)가 수신한 전자기파(C)의 일 예를 보여준다.

측정 장치의 회전 각도	전자기파 Ca,b
a=0도일 때, b=0도~359도까지 1도 단위로 회전	Ca,b={C0,0, C0,1, C0,2, …, C0,359}
a=1도일 때, b=0도~359도까지 1도 단위로 회전	Ca,b={C1,0, C1,1, C1,2, …, C1,359}
…	…
a=179도일 때, b=0도~359도까지 1도 단위로 회전	Ca,b={C179,0, C179,1, C179,2, …, C179,359}

도 8은 송신 적합안테나에서 완전반사판이 구비된 자유공간에 발생시키는 전자기파의 특성을 측정하기 위한 시스템을 도시한 도면이다.

도 8을 참조하면, 도 4의 송신 안테나(150)의 위치에 송신 적합안테나를 설치하고, 이동대(120)에는 완전반사판(130a)을 구비한 후, 완전반사판(130a)과 송신 적합안테나(150)의 거리가 원거리장이 되도록 이동대(120)의 위치를 조정한다. 원거리장이 형성되면, 포지셔너(420)에 측정 장치(100)를 연결한다. 완전반사판(130a)은 동판이 사용될 수 있으며, 반사율이 높은 재질이라면 동판 이외에도 사용가능하다.

도 8에서 완전반사판(130a)를 이용하는 이유는, 메타물질(130)에 의한 흡수 및 반사 특성은, 동판과 같은 완전반사판(130a)에 의한 반사 전자파값과 메타물질(130)에 의한 반사값을 비교함으로써 측정할 수 있기 때문이다.

먼저, 송신 적합안테나(150)와 수신 표준안테나(430)가 대향한 상태에서 송신 적합안테나(150)는 전자기파를 발생시키고, 포지셔너(420)는 도 5를 참조하여 설명한 것처럼 측정 장치(100)를 회전시키며, 송신 적합안테나(150)는 측정 장치(100)가 설정된 각도 단위로 회전할 때마다 전자기파를 발생한다.

[표 4]는 송신 적합안테나(150)에서 발생한 전자기파를 완전반사판(130a)이 구비된 자유공간에서 수신 표준안테나(430)가 수신한 전자기파(D)의 일 예를 보여준다.

측정 장치의 회전 각도	전자기파 Da,b
a=0도일 때, b=0도~359도까지 1도 단위로 회전	Da,b={D0,0, D0,1, D0,2, …, D0,359}
a=1도일 때, b=0도~359도까지 1도 단위로 회전	Da,b={D1, 0,DC1 ,1, D1,2, …, D1,359}
…	…
a=179도일 때, b=0도~359도까지 1도 단위로 회전	Da,b={D179,0, D179,1, D179,2, …, D179,359}

전자기파 조절 및 흡수 분석기(450)는 [표 1]~[표 4]와 같이 측정된 기준 전자기파(A)와 전자기파(B, C, D)를 측정 장치(100)에서 일정 거리 떨어진 구(200)의 체적(또는 표면)의 각 지점 별 전자기파로서 기록 및 분석한다.

이하에서는, 전자기파 조절 및 흡수 분석기(450)가 측정된 전자기파(B, C, D) 각각과 기준 전자기파(A)를 비교하여 메타물질(130)과 완전반사판(130a)에 의해 변화조절되는 전자기파 조절량, 감쇠량, 흡수량 및 반사량을 측정 장치(100)가 회전하는 각도마다 확인 및 분석하는 것에 대해 설명한다.

먼저, 전자기파 조절 및 흡수 분석기(450)는 표준공간에서 측정된 기준 전자기파(A_a,b)와 자유공간에서 측정된 전자기파(B_a,b)를 비교하여 자유공간에서의 상대이득(X_a,b)을 구한다. 자세히 설명하면, 측정된 기준 전자기파(A_a,b)와 전자기파(B_a,b)의 단위는 각각 '

'이며, 기준 전자기파(A_a,b)는 절대이득으로 사용된다. 따라서, 전자기파 조절 및 흡수 분석기(450)는 두 전자기파(A_a,b, B_a,b)의 차이값, {기준 전자기파(A_a,b)-전자기파(B_a,b)}에 20로그를 취하여 전자기파(B_a,b)의 상대이득(X_a,b)을 구한다. 이를 수학식으로 나타내면 다음과 같다.

또한, 전자기파 조절 및 흡수 분석기(450)는 기준 전자기파(A_a,b)와 메타물질(130)이 구비된 자유공간에서 측정된 전자기파(C_a,b)를 비교하여 메타물질(130)에 의한 자유공간에서의 상대이득(Y_a,b)을 구한다. 즉, 전자기파 조절 및 흡수 분석기(450)는 {기준 전자기파(A_a,b)-전자기파(C_a,b)}를 20로그로 환산하여 전자기파(C_a,b)의 상대이득(Y_a,b)을 구한다. 이를 수학식으로 나타내면 다음과 같다.

또한, 전자기파 조절 및 흡수 분석기(450)는 기준 전자기파(A_a,b)와 완전반사판(130a)이 구비된 자유공간에서 측정된 전자기파(D_a,b)를 비교하여 완전반사판(130a)에 의한 자유공간에서의 상대이득(Z_a,b)을 구한다. 즉, 전자기파 조절 및 흡수 분석기(450)는 {기준 전자기파(A_a,b)-전자기파(D_a,b)}를 20로그로 환산하여 전자기파(D_a,b)의 상대이득(Z_a,,b)을 구한다. 이를 수학식으로 나타내면 다음과 같다.

[표 5]는 전자기파 조절 및 흡수 분석기(450)에 의해 산출된 각 전자기파(B_a,b, C_a,b, D_a,b)의 상대이득(X_a,b, Y_a,b, Z_a,b)을 보여준다.

측정 장치의 회전 각도	전자기파(Ba,b)의 상대이득(Xa,b), 즉, (Aa,b-Ba,b)의 20log	전자기파(Ca,b)의 상대이득(Ya,b), 즉, (Aa,b-Ca,b)의 20log	전자기파(Da,b)의 상대이득(Za,b), 즉, (Aa,b-Da,b)의 20log
a=0도, b=0~359도까지 1도 단위로 회전	Xa,b={X0,0, X0,1, X0,2, …, X0,359}	Ya,b={Y0,0, Y0,1, Y0,2, …, X0,359}	Za,b={Z0,0, Z0,1, Z0,2, …, Z0,359}
a=1도, b=0~359도까지 1도 단위로 회전	Xa,b={X1,0, X1,1, X1,2, …, X1,359}	Ya,b={Y1,0, Y1,1, Y1,2, …, Y1,359}	Za,b={Z1,0, Z1,1, Z1,2, …, Z1,359}
…	…	…	…
a=179도, b=0~359도까지 1도 단위로 회전	Xa,b={X179,0, X179,1, X179,2, …, X179,359}	Ya,b={Y179,0, Y179,1, Y179,2, …, Y179,359}	Za,b={Z179,0, Z179,1, Z179,2, …, Z179,359}

[표 5]를 참조하면, 포지셔너(420)는 측정 장치(100)를 횡축 및 종축 기준으로 모두 1도 단위로 회전시켰으므로, 상대이득(X_a,b, Y_a,b, Z_a,b)은 각각 (180×360) 개의 값을 갖게 된다. 1도 단위로 회전하는 것은 일 예로서, 종축을 기준으로 2도 단위씩 회전하고 횡축을 기준으로 1도 단위씩 회전하면, 각 상대이득(X_a,b, Y_a,b, Z_a,b)은 모두 (180×360)/2 개의 차이값을 갖게 된다.

각 상대이득(X_a,b, Y_a,b, Z_a,b)이 구해지면, 전자기파 조절 및 흡수 분석기(450)는 각 상대이득(X_a,b, Y_a,b, Z_a,b)을 비교하여 전자기파의 조절량과 흡수량을 평가 및 확인할 수 있다.

먼저, 조절량을 평가 및 확인하는 전자기파 조절 및 흡수 분석기(450)에 대해 설명한다.

전자기파 조절 및 흡수 분석기(450)는, a=0~90도까지 회전하고, b=0~360도까지 회전하면서 측정된 X_a,b,와 Y_a,b,를 메모리에서 독출한다. 그리고, 전자기파 조절 및 흡수 분석기(450)는 전자기파의 조절량을 다음 세 가지 방식으로 평가할 수 있다.

첫째, 전자기파 조절 및 흡수 분석기(450)는 수직축을 기준으로 a=0~90도까지 설정된 각도 단위로 회전할 때마다, b=0~360도까지 설정된 각도 단위로 회전하면서 측정된 자유공간에서의 상대이득(X_a,b)과, 메타물질(130)에서의 상대이득(Y_a,b)의 차이를 산출하여 0~90도까지의 각도 별 조절량으로서 평가한다.

a와 b 모두 1도 단위로 이동하는 경우, a=1도일 때, (X_1,b-Y_1,b)=360개의 측정값을 a=1도일 때의 조절량으로서 평가하고, a=180도일 때, (X_180,b-Y_180,b)=360개의 측정값을 a=180도일 때의 조절량으로서 평가한다.

둘째, 전자기파 조절 및 흡수 분석기(450)는 a=0~90도까지 회전하고, b=0~360도까지 회전하면서 측정된 자유공간에서의 상대이득(X_a,b)들의 합과, 메타물질(130)에서의 상대이득(Y_a,b)들의 합을 구한다. 그리고, 전자기파 조절 및 흡수 분석기(450)는 (상대이득(X_a,b)들의 합-상대이득(Y_a,b)들의 합)을 전자기파의 총 조절량으로서 산출 및 평가한다.

a=0~90도까지 1도 단위로 회전하고, b=0~360도까지 1도 단위로 회전하는 경우, 전자기파 조절 및 흡수 분석기(450)는 a의 각도 별로 총 조절량을 산출한다. 즉, 전자기파 조절 및 흡수 분석기(450)는 90개의 총 조절량을 산출한다.

예를 들어, a=1도일 때, X_1,1~X_1,359까지의 값을 모두 더하고, Y_1,1~Y_1,359까지의 값을 모두 더한 후, 그 차이를 a=1도일 때의 총 조절량으로서 평가한다. 또한, a=179도일 때, X_179,1~X_180,359까지의 값을 모두 더하고, Y_179,1~Y_179,359360까지의 값을 모두 더한 후, 그 차이를 a=179도일 때의 총 조절량으로서 평가한다.

셋째, 전자기파 조절 및 흡수 분석기(450)는 는 a=0~90도 중 특정 각도 구간에 해당하는 자유공간에서 상대이득(X_a,b)들의 합과, 메타물질(130)에서의 상대이득(Y_a,b)들의 합을 구한다. 그리고, 전자기파 조절 및 흡수 분석기(450)는 (특정 각도 구간에서의 상대이득(X_a,b)들의 합-특정 각도 구간에서의 상대이득(Y_a,b)들의 합)을 전자기파의 특정 각도 구간의 총 조절량으로서 평가한다.

다음, 흡수량을 평가 및 확인하는 전자기파 조절 및 흡수 분석기(450)에 대해 설명한다.

전자기파 조절 및 흡수 분석기(450)는, a=90~180도까지 회전하고, b=0~360도까지 회전하면서 측정된 Z_a,b,와 Y_a,b를 메모리에서 독출한다. 그리고, 전자기파 조절 및 흡수 분석기(450)는 전자기파의 흡수량(또는 반사량)을 다음 세 가지 방식으로 평가할 수 있다.

첫째, 전자기파 조절 및 흡수 분석기(450)는 수직축을 기준으로 a=90~180도까지 설정된 각도 단위로 회전할 때마다, b=0~360도까지 설정된 각도 단위로 회전하면서 측정된 완전반사판(130a)에서의 상대이득(Z_a,b)과, 메타물질(130)에서의 상대이득(Y_a,b)의 차이를 산출하여 90~180도까지의 각도 별 흡수량으로서 평가한다.

a와 b 모두 1도 단위로 이동하는 경우, a=90도일 때, b=0~359도로 회전할 때, (X_90,b-Y_90,b)=360개의 측정값을 a=90도일 때의 조절량으로서 평가하고, a=179도일 때, (X_179,b-Y_179,b)=360개의 측정값을 a=179도일 때의 흡수량으로서 평가한다.

둘째, 전자기파 조절 및 흡수 분석기(450)는 a=90~180도까지 회전하고, b=0~360도까지 회전하면서 측정된 완전반사판(130a)에서의 상대이득(Z_a,b)들의 합과, 메타물질(130)에서의 상대이득(Y_a,b)들의 합을 구한다. 그리고, 전자기파 조절 및 흡수 분석기(450)는 (상대이득(Z_a,b)들의 합-상대이득(Y_a,b)들의 합)을 전자기파의 총 흡수량으로서 산출 및 평가한다.

a=90~180도까지 1도 단위로 회전하고, b=0~360도까지 1도 단위로 회전하는 경우, 전자기파 조절 및 흡수 분석기(450)는 a의 각도 별로 총 흡수량을 산출한다. 즉, 전자기파 조절 및 흡수 분석기(450)는 90개의 총 흡수량을 산출한다. 자세한 설명은 흡수량 평가시 상술하였으므로 생략한다.

셋째, 전자기파 조절 및 흡수 분석기(450)는 는 a=90~180도 중 특정 각도 구간에 해당하는 완전반사판에서의 상대이득(Z_a,b)들의 합과, 메타물질(130)에서의 상대이득(Y_a,b)들의 합을 구한다. 그리고, 전자기파 조절 및 흡수 분석기(450)는 (특정 각도 구간에서의 상대이득(Z_a,b)들의 합-특정 각도 구간에서의 상대이득(Y_a,b)들의 합)을 전자기파의 특정 각도 구간의 총 흡수량으로서 산출 및 평가한다.

이하에서는 도 9 내지 도 16을 참조하여, 본 발명의 실시 예에 따른 측정 장치(100)를 포함하는 전자기파 특성 측정 시스템의 전자기파 조절량 및 흡수량을 측정하기 위한 방법에 대해 설명한다.

도 9는 본 발명의 실시 에에 따른 측정 장치를 포함하는 전자기파 특성 측정 시스템의 전자기파 조절량 및 흡수량을 측정하기 위한 방법을 보여주는 흐름도이다.

도 9의 측정 장치 및 전자기파 특성 측정 시스템은 도 1 내지 도 8을 참조하여 설명한 측정 장치(100) 및 전자기파 특성 측정 시스템일 수 있다.

도 9를 참조하면, 전자기파 측정을 위한 측정 장치, 송신 표준안테나 및 수신 표준안테나를 설치하고, 송신 표준안테나로부터 자유공간으로 발생한 전자기파를 수신 표준안테나가 일정 거리 떨어진 위치에서 구의 표면을 따라 수신하여 기준 전자기파(A)로서 측정할 수 있다(S910).

S910단계가 완료되면, 송신 표준안테나 대신 송신 적합안테나를 설치하고, 송신 적합 안테나로부터 자유공간으로 발생한 전자기파를 구의 표면을 따라 수신 표준안테나가 측정할 수 있다(S920). S920단계에서 측정되는 전자기파는 자유공간에서의 전자기파(B)라 한다.

S920단계 후, 송신 적합안테나와 대향하도록 측정 장치에 전자기파 조절 물질을 설치한 후, 송신 적합 안테나로부터 전자기파 조절 물질로 발생한 전자기파를 구의 표면을 따라 수신 표준안테나가 측정할 수 있다(S930). S930 단계에서 측정되는 전자기파는 전자기파 조절 물질에 의한 자유공간에서의 전자기파(C)라 한다.

S930단계 후, 전자기파 조절 물질 대신 완전반사판을 설치한 후, 송신 적합 안테나로부터 완전반사판으로 발생한 전자기파를 구의 표면을 따라 수신 표준안테나가 측정한다(S940). S940단계에서 측정되는 전자기파는 완전반사판에 의한 자유공간에서의 전자기파(D)라 한다.

각 전자기파(A, B, C, D)의 측정이 완료되면, 전자기파 조절 및 흡수 분석기는 S920 단계 내지 S940단계에서 측정된 전자기파(B, C, D) 각각과 S910단계에서 측정된 전자기파를 비교하여 전자기파 조절 물질 또는 완전반사판에 의해 변화조절되는 전자기파 조절량과 흡수량을 확인할 수 있다(S950). S950단계에서, 전자기파 조절 및 흡수 분석기는 측정 장치가 수직축 및 수평축으로 회전한 각도마다 확인할 수 있다.

도 10은 도 9의 S910단계를 자세히 도시한 흐름도이다.

도 10을 참조하면, 측정 장치, 송신 표준안테나 및 수신 표준안테나를 안테나 전자기파 무반사실에 설치하고, 네트워크 분석기를 연결 및 설정한다(S911). S911단계에서, 측정 장치의 송신 안테나 위치에 송신 표준안테나가 구비된다. 네트워크 분석기의 설정은 예를 들어, 전자기파의 송신 세기 설정 등 운영에 필요한 설정을 하는 것이다.

설정이 완료되면, 포지셔너에 측정 장치를 연결한다(S913).

포지셔너는 측정 장치와 송신 표준안테나가 수직축을 기준으로 0~180도까지 제1각도 단위로 회전할 때마다, 수평축을 기준으로 0~360도까지 제2각도 단위로 회전하도록 하며, 이로써 송신 표준안테나는 제1각도 단위 및 제2각도 단위로 회전하면서 전자기파를 발생할 수 있다(S915).

수신 표준안테나는 표준공간에서의 전자기파를, 즉, 설정된 제1각도 단위 및 제2각도 단위로 회전하면서 발생하는 전자기파를 구의 표면을 따라 기준 전자기파(A)로서 측정할 수 있다(S917). S915단계 및 S917단계의 구체적인 전자기파 발생 및 측정은 도 5 및 [표 1]을 참조하여 설명하였다.

도 11은 도 9의 S920단계를 자세히 도시한 흐름도이다.

도 11을 참조하면, 측정 장치, 송신 적합안테나 및 수신 표준안테나를 안테나 전자기파 무반사실에 설치하고, 네트워크 분석기를 연결 및 설정한다(S921). S921단계에서, 측정 장치의 송신 안테나 위치에 송신 적합안테나가 구비된다.

설정이 완료되면, 포지셔너에 측정 장치를 연결한다(S923).

포지셔너는 측정 장치와 송신 적합안테나가 수직축을 기준으로 0~180도까지 제1각도 단위로 회전할 때마다, 수평축을 기준으로 0~360도까지 제2각도 단위로 회전하도록 하며, 이로써 송신 적합안테나는 제1각도 단위 및 제2각도 단위로 회전하면서 전자기파를 발생한다(S925).

수신 표준안테나는 설정된 제1각도 단위 및 제2각도 단위로 회전하면서 발생하는 전자기파를 구의 표면을 따라 수신하여, 자유공간에서의 전자기파(B)로 측정할 수 있다(S927). S925단계 및 S927단계의 구체적인 전자기파 발생 및 측정은 도 6 및 [표 2]를 참조하여 설명하였다. 　

도 12는 도 9의 S930단계를 자세히 도시한 흐름도이다.

도 12를 참조하면, 측정 장치, 송신 적합안테나 및 수신 표준안테나를 안테나 전자기파 무반사실에 설치하고, 네트워크 분석기를 연결 및 설정한다(S931).

설정이 완료되면, 이동대에 메타물질과 같은 전자기파 조절 물질을 설치한다(S933).

그리고, 전자기파 조절 물질과 송신 적합안테나 사이에 원거리장이 형성되도록 이동대의 위치를 조절한다(S935).

이동대의 위치가 조절되면, 포지셔너에 측정 장치를 연결한다(S937).

포지셔너는 측정 장치와 송신 적합안테나가 수직축을 기준으로 0~180도까지 제1각도 단위로 회전할 때마다, 수평축을 기준으로 0~360도까지 제2각도 단위로 회전하도록 하며, 이로써 송신 적합안테나는 제1각도 단위 및 제2각도 단위로 회전하면서 전자기파를 발생한다(S938).

수신 표준안테나는 설정된 제1각도 단위 및 제2각도 단위로 회전하면서 발생하는 전자기파를 구의 표면을 따라 수신하여 전자기파 조절 물질에 의한 전자기파(C)로서 측정할 수 있다(S939). S938단계 및 S939단계의 구체적인 전자기파 발생 및 측정은 도 7 및 [표 3]을 참조하여 설명하였다.　

도 13은 도 9의 S940단계를 자세히 도시한 흐름도이다.

도 13을 참조하면, 측정 장치, 송신 적합안테나 및 수신 표준안테나를 안테나 전자기파 무반사실에 설치하고, 네트워크 분석기를 연결 및 설정한다(S941).

설정이 완료되면, 이동대에 동판과 같은 완전반사판을 설치한다(S943).

그리고, 완전반사판과 송신 적합안테나 사이에 원거리장이 형성되도록 이동대의 위치를 조절한다(S945).

이동대의 위치가 조절되면, 포지셔너에 측정 장치를 연결한다(S947).

포지셔너는 측정 장치와 송신 적합안테나가 수직축을 기준으로 0~180도까지 제1각도 단위로 회전할 때마다, 수평축을 기준으로 0~360도까지 제2각도 단위로 회전하도록 하며, 이로써 송신 적합안테나는 제1각도 단위 및 제2각도 단위로 회전하면서 전자기파를 발생한다(S948).

수신 표준안테나는 설정된 제1각도 단위 및 제2각도 단위로 회전하면서 발생하는 전자기파를 구의 표면을 따라 수신하여 완전반사판에 의한 전자기파(D)로서 측정할 수 있다(S949). S948단계 및 S949단계의 구체적인 전자기파 발생 및 측정은 도 8 및 [표 4]를 참조하여 설명하였다.

도 9 내지 도 13에 의해 측정된 각 전자기파의 세기는 네트워크 분석기 내의 메모리 또는 네트워크 분석기와 연결된 전자기파 조절 및 흡수 분석기에 저장될 수 있다.

도 14는 도 9의 S950단계 중 조절량을 확인하는 방법을 자세히 도시한 흐름도, 도 15는 도 14의 S1440단계를 자세히 도시한 흐름도이다.

도 14 및 도 15를 참조하면, 전자기파 조절 및 흡수 분석기는 도 10 내지 도 12에 의해 측정된 기준 전자기파(A), 자유공간에서의 전자기파(B) 및 전자기파 조절 물질에 의한 전자기파(C) 중 a=0~90도, b=0~360도까지 회전하면서 측정된 전자기파들(A, B, C)를 메모리에서 축출한다(S1410). S1410단계에서 축출되는 전자기파들(A, B, C)은 전자기파들(A_a,b, B_a,b, C_a,b)과 동일하나 설명의 편의를 위해 간략히 기재한다.

전자기파 조절 및 흡수 분석기는 [수학식 2]에서와 같이, a=0~90도, b=0~360도에서 측정된 기준 전자기파(A)와 전자기파(B)를 비교하여 차이를 구하고, 구해진 차이에 20로그를 취하여 자유공간에서의 상대이득(X_a,b)을 산출한다(S1420).

또한, 전자기파 조절 및 흡수 분석기는 [수학식 3]에서와 같이, a=0~90도, b=0~360도에서 측정된 기준 전자기파(A)와 전자기파(C)를 비교하여 차이를 구하고, 구해진 차이에 20로그를 취하여 전자기파 조절 물질에 의한 상대이득(Y_a,b)을 산출한다(S1430).

전자기파 조절 및 흡수 분석기는 S1420단계에서 산출된 상대이득(X_a,b)과, S1430단계에서 산출된 상대이득(Y_a,b)의 차이를 이용하여 전자기파 조절 물질에 의한 전자기파의 조절량을 확인한다(S1440). S1440단계는 도 15를 참조하여 자세히 설명한다.

도 15에서, 전자기파 조절 및 흡수 분석기는 상대이득(X_a,b)과 상대이득(Y_a,b)의 차이를 a=0~90도까지 제1각도 단위로 회전할 때의 각도마다 산출하여 각도 별 조절량을 산출할 수 있다(S1441).

또한, 전자기파 조절 및 흡수 분석기는 a=0~90도까지 회전하고, b=0~360도까지 회전하면서 측정된 자유공간에서의 상대이득(X_a,b)들의 합과, 전자기파 조절 물질에 의한 상대이득(Y_a,b)들의 합을 구하고, (상대이득(X_a,b)들의 합-상대이득(Y_a,b)들의 합)을 전자기파의 총 조절량으로서 산출한다(S1443).

또한, 전자기파 조절 및 흡수 분석기는 a=0~90도 중 특정 각도 구간에 해당하는 자유공간에서의 상대이득(X_a,b)들의 합과, 전자기파 조절 물질에 의한 상대이득(Y_a,b)들의 합을 구하고, (특정 각도 구간에서의 상대이득(X_a,b)들의 합-특정 각도 구간에서의 상대이득(Y_a,b)들의 합)을 전자기파의 특정 각도 구간의 총 조절량으로서 평가한다(S1445).

도 16은 도 9의 S950단계 중 흡수량을 확인하는 방법을 자세히 도시한 흐름도, 도 17은 도 16의 S1640단계를 자세히 도시한 흐름도이다.

도 16 및 도 17을 참조하면, 전자기파 조절 및 흡수 분석기는 도 10, 도 12 및 도 13에 의해 측정된 기준 전자기파(A), 전자기파 조절 물질에 의한 전자기파(C) 및 완전반사판에 의한 전자기파(D) 중 a=90~180도, b=0~360도까지 회전하면서 측정된 전자기파들(A, C, D)를 메모리에서 축출한다(S1610). S1610단계에서 축출되는 전자기파들(A, C, D)은 전자기파들(A_a,b, C_a,b, D_a,b)과 동일하나 설명의 편의를 위해 간략히 기재한다.

전자기파 조절 및 흡수 분석기는 [수학식 4]에서와 같이, a=90~180도, b=0~360도에서 측정된 기준 전자기파(A)와 완전반사판에서의 전자기파(D)를 비교하여 차이를 구하고, 구해진 차이에 20로그를 취하여 완전반사판에 의한 상대이득(Z_a,b)을 산출한다(S1620).

또한, 전자기파 조절 및 흡수 분석기는 [수학식 3]에서와 같이, a=90~180도, b=0~360도에서 측정된 기준 전자기파(A)와 전자기파(C)를 비교하여 차이를 구하고, 구해진 차이에 20로그를 취하여 전자기파 조절 물질에 의한 상대이득(Y_a,b)을 산출한다(S1630).

전자기파 조절 및 흡수 분석기는 S1620단계에서 산출된 상대이득(Z_a,b)과, S1630단계에서 산출된 상대이득(Y_a,b)의 차이를 이용하여 완전반사판에 의한 전자기파의 흡수량을 확인한다(S1640). S1640단계는 도 17을 참조하여 자세히 설명한다.

도 17에서, 전자기파 조절 및 흡수 분석기는 상대이득(Z_a,b)과 상대이득(Y_a,b)의 차이를 a=90~180도까지 제1각도 단위로 회전하고, b=0~360도까지 제2각도 단위로 회전할 때의 각도마다 산출하여 각도 별 흡수량을 산출할 수 있다(S1641).

또한, 전자기파 조절 및 흡수 분석기는 a=90~180도까지 회전하고, b=0~360도까지 회전하면서 측정된 완전반사판에 의한 상대이득(Z_a,b)들의 합과, 전자기파 조절 물질에 의한 상대이득(Y_a,b)들의 합을 구하고, (상대이득(Z_a,b)들의 합-상대이득(Y_a,b)들의 합)을 전자기파의 총 흡수량으로서 산출한다(S1643).

또한, 전자기파 조절 및 흡수 분석기는 a=90~180도 중 특정 각도 구간에 해당하는 완전반사판에 의한 상대이득(Z_a,b)들의 합과, 전자기파 조절 물질에 의한 상대이득(Y_a,b)들의 합을 구하고, (특정 각도 구간에서의 상대이득(Z_a,b)들의 합-특정 각도 구간에서의 상대이득(Y_a,b)들의 합)을 전자기파의 특정 각도 구간의 총 흡수량으로서 평가한다(S1645).

도 18은 본 발명의 실시 예에 따른 메타물질에 의한 조절(회절) 특성 측정 결과를 보여주는 도면이다.

도 18의 (a)는 송신 적합 안테나에서 4GHz 대역의 전자기파를 자유공간에 발생시켜, 메타물질이 존재하지 않을 때 구의 체적에서 측정된 전자기파량의 변화를 보여주며, 도 18의 (b)는 메타물질이 존재할 때 구의 체적에서 측정된 전자기파량의 변화를 보여주는 도면이다.

도 18을 참조하면, 자유공간에서의 송신 적합안테나는 Z 축 중앙에서 13dBi 정도 발생하고 있으나, 메타물질이 존재하게되면 -10dBi보다 낮은 값이 측정되어, 23dB 정도 감소된 신호가 조절(회절)됨을 알 수 있다. 또한, 송신 적합안테나 중앙 패턴에서 30도 정도 벗어나면 메타물질의 크기를 벗어나 원래 송신 적합안테나가 가지고 있는 고유 값이 측정됨을 알 수 있다.

[표 6]은 4GHz 대역에서 메타물질의 설치 유무에 따른 전자파 특성 비교를 보여준다.

각도	0	5	10	15	20	25	30	35	40	45	50	55	60	65	70	75	80	85	90
메타물질측정값 (dBm)	-13	-16	-16	-15	-15	-14	-12	-10	-9	-7	-6	-4	-4	-3	-5	-6	-7	-7	-6
안테나 측정값 (dBm)	13	13	12	11	10	8	5	3	0	-2	-3	-3	-4	-4	-5	-6	-7	-7	-7
전자파 회절·감쇠량(dBm)	26	29	28	26	24	21	17	13	9	6	3	1	-1	-1	-1	0	0	0	-1

도 18 및 [표 6]을 참조하면, 4GHz 대역에서 송신 적합안테나만 존재할 때와 메타물질이 구비된 상태에서의 전자파 특성을 비교한 결과를 보여준다. 송신 적합안테나의 각도 중 a의 각도가 0도부터 25도까지인 경우, 메타물질에 의한 신호의 조절량(감쇠 및 회절량)은 99%(20dB) 이상 측정된다. 또한, a의 각도가 30도부터 45도까지인 경우, 메타물질에 의한 전자파 조절량과 메타물질의 크기를 넘어선 안테나 값이 측정됨을 알 수 있다. 50도부터 90도까지는 메타물질 측정값과 안테나 측정값의 차이가 발생하지 않고, 안테나 고유의 값이 측정되어 메타물질에 대한 전자파 특성을 규정할 수 없다. 이에 따라 메타물질에 대한 전자파를 측정하기 위해서는 송신 적합안테나의 메인빔의 안테나 패턴이 측정용 메타물질에 완전히 포함될 수 있도록 구현될 필요가 있다.

도 19는 본 발명의 실시 예에 따른 메타물질에 의한 흡수 특성 측정 결과를 보여주는 도면이다.

도 19의 (a)는 송신 적합 안테나에서 4GHz 대역의 전자기파를 동판이 구비된 자유공간에 발생시킨 경우 동판에 의한 반사값으로서, 구의 체적에서 측정한 전자기파량의 변화를 보여주며, 도 19의 (b)는 메타물질에 의한 반사값으로서, 구의 체적에서 측정된 전자기파량의 변화를 보여주는 도면이다.

메타물질에 의한 흡수 특성은, 동판에 의한 반사값과 메타물질에 의한 반사값을 비교함으로써 측정할 수 있다. 4GHz 대역에서 동판에 의한 반사값과 메타물질에 의한 반사값의 차이는 도 19 및 [표 7]과 같다.

각도	95	100	105	110	115	120	125	130	135	140	145	150	155	160	165	170	175	180
동판	-4	-7	-7	-6	-6	-6	-3	-1	-3	0	4	7	10	8	9	5	6	7
메타물질	-8	-9	-9	-9	-10	-10	-9	-11	-10	-8	-7	-8	-10	-13	-12	-12	-15	-13
전자파 반사 흡수량	3	3	2	3	5	4	6	10	7	8	11	14	19	21	21	18	21	20

도 19 및 [표 7]을 참조하면, a의 각도가 155도부터 180도까지인 경우에는 메타물질에 의한 전자기파가 동판에 의한 반사값보다 20dB 정도 작아, 결과적으로, 동판이 99% 정도의 전자기파를 흡수하는 것을 알 수 있다. 또한, a의 각도가 125도~150도까지는 동판에 의한 전자파 반사값과 메타물질에 의한 반사값이 동시에 존재한다. 95도부터 120도 까지는 송신 적합안테나의 백로브 또는 사이브로브 값이 측정되어 메타물질의 전자파 특성을 정의할 수 없는 영역이다.

한편 본 발명에 따른 전자기파 특성 측정 시스템의 전자기파 조절량 측정 방법은 이를 구현하기 위한 명령어들의 프로그램이 유형적으로 구현됨으로써, 컴퓨터를 통해 판독될 수 있는 기록매체에 포함되어 제공될 수도 있음은 통상의 기술자가 쉽게 이해할 수 있다.

즉, 본 발명에 따른 전자기파 특성 측정 시스템의 전자기파 조절량 측정 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 형태로 구현되어, 컴퓨터 판독 가능한 기록매체에 기록될 수 있으며, 상기 컴퓨터 판독 가능한 기록매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능한 기록매체에는 하드 디스크와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media) 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리, USB 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다.

따라서, 본 발명은 전자기파 특성 측정 시스템의 전자기파 조절량 및 흡수량 측정 방법을 구현하기 위하여 상기 전자기파 특성 측정 시스템을 제어하는 컴퓨터 상에서 수행되는 컴퓨터 판독 가능한 기록매체에 저장된 프로그램을 함께 제공한다.

상기와 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

100: 전자기파 측정 장치 110: 안테나 받침대
120: 이동대 130: 전자기파 조절 물질
140: 지지대 150: 송신 안테나
160: 안테나 거치대 170: 고정대
180: 종횡축 구동장치 410: 마스터
420: 포지셔너 430: 수신 표준안테나
440: 네트워크 분석기 450: 전자기파 조절 및 흡수 분석기

Claims (13)

1. 전자기파 특성 측정 시스템의 전자기파 조절량 및 흡수량을 측정하기 위한 방법에 있어서,
   (A) 전자기파 측정을 위한 측정 장치, 송신 표준안테나 및 수신 표준안테나를 설치하고, 상기 송신 표준안테나로부터 자유공간으로 발생한 전자기파를 상기 수신 표준안테나가 일정 거리 떨어진 위치에서 구의 표면을 따라 측정하는 단계;
   (B) 상기 송신 표준안테나 대신 송신 적합안테나를 설치하고, 상기 송신 적합 안테나로부터 상기 자유공간으로 발생한 전자기파를 상기 구의 표면을 따라 상기 수신 표준안테나가 측정하는 단계;
   (C) 상기 송신 적합안테나와 대향하도록 상기 측정 장치에 전자기파 조절 물질을 설치한 후, 상기 송신 적합 안테나로부터 상기 전자기파 조절 물질로 발생한 전자기파를 상기 구의 표면을 따라 상기 수신 표준안테나가 측정하는 단계; 및
   (D) 상기 전자기파 조절 물질 대신 완전반사판을 설치한 후, 상기 송신 적합 안테나로부터 상기 완전반사판으로 발생한 전자기파를 상기 구의 표면을 따라 상기 수신 표준안테나가 측정하는 단계;를 포함하며,
   상기 송신 표준안테나, 상기 송신 적합안테나, 상기 전자기파 조절 물질 및 상기 완전반사판을 설정된 각도 단위로 회전시키면서 전자기파를 발생시키며,
   상기 송신 적합안테나는 상기 전자기파의 메인빔의 안테나 패턴이 상기 전자기파 조절 물질 및 상기 완전반사판에 설정된 기준값 이상 도달하도록 하는 안테나인 것을 특징으로 하는 전자기파 조절량 및 흡수량을 측정하기 위한 방법.
2. 제1항에 있어서,
   상기 (A) 단계 내지 상기 (D) 단계에서,
   상기 송신 표준안테나, 상기 송신 적합안테나, 상기 측정 장치, 상기 전자기파 조절 물질 및 상기 완전반사판은, 포지셔너에 의해 수직축을 기준으로 0도부터 180도까지 설정된 각도 단위로 회전할 때마다, 수평축을 기준으로 0도부터 360도까지 설정된 각도 단위로 회전하는 것을 특징으로 하는 전자기파 조절량 및 흡수량을 측정하기 위한 방법.
3. 제2항에 있어서,
   (E) 상기 (C) 단계에서 측정된 전자기파 각각과 상기 (B) 단계에서 측정된 전자기파를 각도마다 비교하여 자유공간에서 전자기파 조절 물질에 의해 각도마다 조절 또는 흡수되는 조절량 및 흡수량을 각도 단위마다 확인하는 단계; 및
   (F) 상기 (C) 단계에서 측정된 전자기파 각각과 상기 (D) 단계에서 측정된 전자기파를 각도마다 비교하여 완전반사판과 전자기파 조절 물질에 의해 각도마다 조절 또는 흡수되는 조절량 및 흡수량을 설정된 각도 단위마다 확인하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전자기파 조절량 및 흡수량을 측정하기 위한 방법.
4. 제3항에 있어서,
   상기 (E) 단계는,
   (E1) 상기 (A) 단계에서 측정된 전자기파와 상기 (B) 단계에서 측정된 전자기파를 비교하여 자유공간에서의 상대이득을 구하는 단계;
   (E2) 상기 (A) 단계에서 측정된 전자기파와 상기 (C) 단계에서 측정된 전자기파를 비교하여 전자기파 조절 물질에서의 상대이득을 구하는 단계; 및
   (E3) 상기 자유공간에서의 상대이득과 상기 전자기파 조절 물질에서의 상대이득의 차이를 이용하여 상기 전자기파의 조절량 및 흡수량을 확인하는 단계;를 포함하고,
   상기 (F) 단계는,
   (F1) 상기 (A) 단계에서 측정된 전자기파와 상기 (D) 단계에서 측정된 전자기파를 비교하여 완전반사판에서의 상대이득을 구하는 단계;
   (F2) 상기 (A) 단계에서 측정된 전자기파와 상기 (C) 단계에서 측정된 전자기파를 비교하여 전자기파 조절 물질에서의 상대이득을 구하는 단계; 및
   (F3) 상기 완전반사판에서의 상대이득과 상기 전자기파 조절 물질에서의 상대이득의 차이를 이용하여 상기 전자기파의 흡수량을 확인하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전자기파 조절량 및 흡수량을 측정하기 위한 방법.
5. 제4항에 있어서,
   상기 (E3) 단계는,
   (E31) 상기 수직축을 기준으로 0도부터 90도까지 설정된 각도 단위로 회전할 때마다 측정되어 구해진 상기 자유공간에서의 상대이득과, 상기 전자기파 조절 물질에서의 상대이득의 차이를 0도부터 90도까지의 각도 별 조절량으로서 산출하는 단계;
   (E32) 상기 수직축을 기준으로 0도부터 90도까지 설정된 각도 단위로 회전할 때마다 측정되어 구해진 상기 자유공간에서의 상대이득을 합한 결과와, 상기 전자기파 조절 물질에서의 상대이득을 합한 결과의 차이를 상기 전자기파의 총 조절량으로서 산출하는 단계; 및
   (E33) 상기 수직축을 기준으로 회전한 0도부터 90도 중 특정 각도 구간에 대해 구해진 상기 자유공간에서의 상대이득을 합한 결과와, 상기 전자기파 조절 물질에서의 상대이득을 합한 결과의 차이를 특정 각도 구간의 총 조절량으로서 산출하는 단계; 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자기파 조절량 및 흡수량을 측정하기 위한 방법.
6. 제4항에 있어서,
   상기 (F3) 단계는,
   (F31) 상기 수직축을 기준으로 90도부터 180도까지 설정된 각도 단위로 회전할 때마다 측정되어 구해진 상기 완전반사판에서의 상대이득과, 상기 전자기파 조절 물질에서의 상대이득의 차이를 90도부터 180도까지의 각도 별 흡수량으로서 산출하는 단계;
   (F32) 상기 수직축을 기준으로 90도부터 180도까지 설정된 각도 단위로 회전할 때마다 측정되어 구해진 상기 완전반사판에서의 상대이득을 합한 결과와, 상기 전자기파 조절 물질에서의 상대이득을 합한 결과의 차이를 상기 전자기파의 총 흡수량으로서 산출하는 단계; 및
   (F33) 상기 수직축을 기준으로 회전한 90도부터 180도 중 특정 각도 구간에 대해 구해진 상기 완전반사판에서의 상대이득을 합한 결과와, 상기 전자기파 조절 물질에서의 상대이득을 합한 결과의 차이를 특정 각도 구간의 총 흡수량으로서 산출하는 단계; 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자기파 조절량 및 흡수량을 측정하기 위한 방법.
7. 제1항에 있어서,
   상기 (C) 단계는,
   (C1) 안테나 전자기파 무반사실에 상기 송신 적합안테나, 전자기파 측정을 위한 측정 장치 및 상기 수신 표준안테나를 설치하는 단계;
   (C2) 상기 측정 장치에 마련된 이동대에 상기 전자기파 조절 물질을 설치하는 단계;
   (C3) 상기 전자기파 조절 물질과 상기 송신 적합안테나의 거리가 원거리장이 되도록 상기 이동대의 위치를 조절하는 단계;
   (C4) 상기 측정 장치에 설치된 상기 송신 적합안테나가 좌우방향으로 0도부터 180도까지 설정된 각도 단위로 회전할 때마다, 상하방향으로 0도부터 360도까지 설정된 각도 단위로 회전하면서 전자기파를 발생하는 단계; 및
   (C5) 상기 수신 표준안테나가 상기 (C4) 단계에서 발생하는 전자기파를 상기 구의 표면을 따라 측정하되, 상기 측정 장치가 상기 설정된 각도 단위로 회전할 때마다 측정하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자기파 조절량 및 흡수량을 측정하기 위한 방법.
8. 제1항에 있어서,
   상기 (D) 단계는,
   (D1) 안테나 전자기파 무반사실에 상기 송신 적합안테나, 전자기파 측정을 위한 측정 장치 및 상기 수신 표준안테나를 설치하는 단계;
   (D2) 상기 측정 장치에 마련된 이동대에 상기 완전반사판을 설치하는 단계;
   (D3) 상기 완전반사판과 상기 송신 적합안테나의 거리가 원거리장이 되도록 상기 이동대의 위치를 조절하는 단계;
   (D4) 상기 측정 장치에 설치된 상기 송신 적합안테나가 좌우방향으로 0도부터 180도까지 설정된 각도 단위로 회전할 때마다, 상하방향으로 0도부터 360도까지 설정된 각도 단위로 회전하면서 전자기파를 발생하는 단계; 및
   (D5) 상기 수신 표준안테나가 상기 (D4) 단계에서 발생하는 전자기파를 상기 구의 표면을 따라 측정하되, 상기 측정 장치가 상기 설정된 각도 단위로 회전할 때마다 측정하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자기파 조절량 및 흡수량을 측정하기 위한 방법.
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