KR102410205B1 - 근역장 전자기장의 전력 밀도를 측정하기 위한 프로브 안테나, 프로빙 시스템 및 전력 밀도 측정 방법 - Google Patents

근역장 전자기장의 전력 밀도를 측정하기 위한 프로브 안테나, 프로빙 시스템 및 전력 밀도 측정 방법 Download PDF

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Abstract

근역장 전자기장의 전력 밀도를 측정하기 위한 프로브 안테나, 프로빙 시스템 및 전력 밀도 측정 방법이 개시된다. 프로브 안테나는, 기판 및 상기 기판 위에 일정 선폭을 가지며 다각형, 또는 폐곡선의 형상으로 형성된 도체 전송 선로를 포함하고, 상기 도체 전송 선로는, 두 부분이 단절되어 서로 이격된 제1 전송 선로, 및 제2 전송 선로로 구분되며, 상기 제1 전송 선로의 일단, 및 상기 제2 전송 선로의 일단으로 형성된 제1 수신 포트, 및 상기 제1 전송 선로의 타단, 및 상기 제2 전송 선로의 타단으로 형성된 제2 수신 포트를 포함할 수 있다.

Description

근역장 전자기장의 전력 밀도를 측정하기 위한 프로브 안테나, 프로빙 시스템 및 전력 밀도 측정 방법{PROBE ANTENNAS, PROBING SYSTEMS, AND POWER DENSITY MEASUREMENT METHODS FOR MEASURING POWER DENSITY IN NEAR FIELD ELECTROMAGNETIC FIELDS}
본 발명은 프로브 안테나를 이용하여 전력 밀도를 측정하는 프로빙 시스템 및 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 프로브 안테나가 근역장 전자기장에 노출되는 경우, 프로프 안테나에서 출력된 신호를 처리하여 근역장이 갖는 전력 밀도를 측정하는 기술에 관한 장치 및 방법에 관한 것이다.
무선통신 안테나 시스템에서 안테나에 의해 생성되는 전자기장은 안테나로부터의 거리가 증가함에 따라 근역장(Near field) 전자기장에서 원역장(Far field) 전자기장으로 변화할 수 있다.
종래의 프로빙 시스템은 무선 통신 안테나의 성능을 평가하기 위해 프로브 안테나를 이용하여 전기장의 세기, 또는 자기장의 세기 중 하나를 측정하고, 측정 결과를 이용하여 원역장 전자기장의 전력 밀도를 계산하였다.
다만, 안테나로부터 측정지점까지의 거리를 충분히 확보할 수 없을 경우 근역장에서 전자기장을 측정할 필요가 있다. 그러나, 근역장 영역에서 전자기장은 원역장 영역에서의 전자기장과 다른 특성을 갖는다. 구체적으로, 원역장 영역에서는 매질이 균일할 경우 전기장과 자기장 세기의 비로 정의되는 파동 임피던스가 위치에 따라 변화하지 않고 항상 일정하다. 반면, 근역장 영역에서는 파동 임피던스가 위치에 따라 서로 다른 값을 갖는다. 또한, 원역장 영역에서는 전기장과 자기장이 각각 갖는 위상에 차이가 없는 반면에 근역장 영역에서는 위상의 차이가 존재한다.
따라서, 전기장의 세기, 또는 자기장의 세기 중 하나를 측정하여 전력 밀도를 계산하는 종래의 프로빙 시스템으로는 근역장 전자기장의 전력 밀도를 측정할 수 없는 실정이다.
그러므로, 근역장 영역 전자기장의 전력 밀도를 측정할 수 있는 프로빙 시스템이 요청되고 있다.
본 발명은 자기장과 전기장의 위상차를 고려하여 전력 밀도를 계산함으로써, 자기장과 전기장이 위상차를 갖는 근역장에서도 전자기장이 갖는 전력 밀도를 측정하는 장치 및 방법을 제공한다.
본 발명의 일실시예에 따른 프로브 안테나는 기판 및 상기 기판 위에 일정 선폭을 가지며 다각형, 또는 폐곡선의 형상으로 형성된 도체 전송 선로를 포함하고, 상기 도체 전송 선로는, 두 부분이 단절되어 서로 이격된 제1 전송 선로, 및 제2 전송 선로로 구분되며, 상기 제1 전송 선로의 일단, 및 상기 제2 전송 선로의 일단으로 형성된 제1 수신 포트, 및 상기 제1 전송 선로의 타단, 및 상기 제2 전송 선로의 타단으로 형성된 제2 수신 포트를 포함할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 프로브 안테나의 제1 수신 포트 및 제2 수신 포트의 입력 임피던스는, 상기 제1 전송 선로, 및 상기 제2 전송 선로의 길이에 따라 결정될 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 프로브 안테나의 도체 전송 선로는, 상기 프로브 안테나에 입력되는 자기장에 의하여 루프 안테나로 동작하여 상기 제1 수신 포트 및 상기 제2 수신 포트에 상기 자기장의 세기에 비례하는 전위차를 생성할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 프로브 안테나의 제1 수신 포트는, 상기 자기장에 의해 상기 제2 수신 포트에서 출력되는 전위 차와 크기가 동일하고, 방향이 서로 반대인 전위 차를 생성할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 프로브 안테나의 도체 전송 선로는, 상기 프로브 안테나에 입력되는 전기장에 의하여 상기 제1 수신 포트 및 상기 제2 수신 포트를 포함하는 전송 선로의 영역들이 각각 서로 다른 다이폴 안테나들로 동작하여 상기 제1 수신 포트 및 상기 제2 수신 포트에 상기 전기장의 세기에 비례하는 전위차를 생성할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 프로브 안테나의 제1 수신 포트는, 상기 전기장에 의해 상기 제2 수신 포트에서 출력되는 전위 차와 크기 및 방향이 동일한 전위 차를 생성할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 프로브 안테나의 제1 수신 포트는, 상기 제1 수신 포트에서 출력되는 자기장의 세기에 비례하는 전위차, 및 전기장의 세기에 비례하는 전위차를 합산하여 제1 출력 신호로 출력하고, 상기 제2 수신 포트는, 상기 제2 수신 포트에서 출력되는 자기장의 세기에 비례하는 전위차의 부호를 반전한 후, 전기장의 세기에 비례하는 전위차와 합산하여 제2 출력 신호로 출력할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 프로브 안테나의 제1 수신 포트는, 상기 제1 수신 포트에서 출력되는 자기장의 세기에 비례하는 전위차의 부호를 반전한 후, 및 전기장의 세기에 비례하는 전위차를 합산하여 제1 출력 신호로 출력하고, 상기 제2 수신 포트는, 상기 제2 수신 포트에서 출력되는 자기장의 세기에 비례하는 전위차의 부호 및 전기장의 세기에 비례하는 전위차와 합산하여 제2 출력 신호로 출력할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 프로빙 시스템은 기판 및 상기 기판 위에 일정 선폭을 가지며 다각형, 또는 폐곡선의 형상으로 형성된 도체 전송 선로를 포함하는 프로브 안테나; 및 상기 프로브 안테나의 출력 신호들을 이용하여 전력 밀도를 측정하는 전력 밀도 측정기를 포함하고, 상기 도체 전송 선로는, 두 부분이 단절되어 서로 이격된 제1 전송 선로, 및 제2 전송 선로로 구분되며, 상기 제1 전송 선로의 일단, 및 상기 제2 전송 선로의 일단으로 형성된 제1 수신 포트, 및 상기 제1 전송 선로의 타단, 및 상기 제2 전송 선로의 타단으로 형성된 제2 수신 포트를 포함하고, 상기 전력 밀도 측정기는, 상기 제1 수신 포트에서 출력된 제1 출력 신호와 상기 제2 수신 포트에서 출력된 제2 출력 신호를 이용하여 전자기장의 전력 밀도를 측정하는 전력 밀도 연산기를 포함할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 프로빙 시스템의 도체 전송 선로는, 상기 프로브 안테나에 입력되는 자기장에 의하여 루프 안테나로 동작하여 상기 제1 수신 포트 및 상기 제2 수신 포트에 상기 자기장의 세기에 비례하는 전위차를 생성하고, 상기 프로브 안테나에 입력되는 전기장에 의하여 상기 제1 수신 포트 및 상기 제2 수신 포트를 포함하는 전송 선로의 영역들이 각각 서로 다른 다이폴 안테나들로 동작하여 상기 제1 수신 포트 및 상기 제2 수신 포트에 상기 전기장의 세기에 비례하는 전위차를 생성할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 프로빙 시스템의 제1 수신 포트는, 상기 제1 수신 포트에서 출력되는 자기장의 세기에 비례하는 전위차, 및 전기장의 세기에 비례하는 전위차를 합산하여 제1 출력 신호로 출력하고, 상기 제2 수신 포트는, 상기 제2 수신 포트에서 출력되는 자기장의 세기에 비례하는 전위차의 부호를 반전한 후, 전기장의 세기에 비례하는 전위차와 합산하여 제2 출력 신호로 출력할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 프로빙 시스템의 제1 수신 포트는, 상기 제1 수신 포트에서 출력되는 자기장의 세기에 비례하는 전위차의 부호를 반전한 후, 및 전기장의 세기에 비례하는 전위차를 합산하여 제1 출력 신호로 출력하고, 상기 제2 수신 포트는, 상기 제2 수신 포트에서 출력되는 자기장의 세기에 비례하는 전위차의 부호 및 전기장의 세기에 비례하는 전위차와 합산하여 제2 출력 신호로 출력할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 프로빙 시스템의 전력 밀도 측정기는 상기 제1 수신 포트에서 출력된 제1 출력 신호와 상기 제2 수신 포트에서 출력된 제2 출력 신호에서 각각 고주파 신호를 제거하여 직류 신호들을 추출하는 고주파 제거기를 더 포함하고, 상기 전력 밀도 연산기는, 상기 제1 출력 신호에서 추출한 직류 신호와 상기 제2 출력 신호에서 추출한 직류 신호를 서로 차감한 결과에 기초하여 상기 전자기장의 전력 밀도를 측정할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 전력 밀도 측정 방법은 프로브 안테나로부터 자기장의 세기에 비례하는 전위차, 및 전기장의 세기에 비례하는 전위차에 따른 출력 신호들을 수신하는 단계; 및 상기 출력 신호들을 이용하여 전자기장의 전력 밀도를 측정하는 단계를 포함하고, 상기 프로브 안테나는, 두 부분이 단절되어 서로 이격된 제1 전송 선로, 및 제2 전송 선로로 구분되며, 상기 제1 전송 선로의 일단, 및 상기 제2 전송 선로의 일단으로 형성된 제1 수신 포트, 및 상기 제1 전송 선로의 타단, 및 상기 제2 전송 선로의 타단으로 형성된 제2 수신 포트를 포함하여 기판위에 형성되는 도체 전송 선로를 포함하고, 상기 도체 전송 선로는, 상기 프로브 안테나에 입력되는 자기장에 의하여 루프 안테나로 동작하여 상기 제1 수신 포트 및 상기 제2 수신 포트에 상기 자기장의 세기에 비례하는 전위차를 생성하며, 상기 프로브 안테나에 입력되는 전기장에 의하여 상기 제1 수신 포트 및 상기 제2 수신 포트를 포함하는 전송 선로의 영역들이 각각 서로 다른 다이폴 안테나들로 동작하여 상기 제1 수신 포트 및 상기 제2 수신 포트에 상기 전기장의 세기에 비례하는 전위차를 생성할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 전력 밀도 측정 방법의 제1 수신 포트는, 상기 제1 수신 포트에서 출력되는 자기장의 세기에 비례하는 전위차, 및 전기장의 세기에 비례하는 전위차를 합산하여 제1 출력 신호로 출력하고, 상기 제2 수신 포트는, 상기 제2 수신 포트에서 출력되는 자기장의 세기에 비례하는 전위차의 부호를 반전한 후, 전기장의 세기에 비례하는 전위차와 합산하여 제2 출력 신호로 출력할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 전력 밀도 측정 방법의 제1 수신 포트는, 상기 제1 수신 포트에서 출력되는 자기장의 세기에 비례하는 전위차의 부호를 반전한 후, 및 전기장의 세기에 비례하는 전위차를 합산하여 제1 출력 신호로 출력하고, 상기 제2 수신 포트는, 상기 제2 수신 포트에서 출력되는 자기장의 세기에 비례하는 전위차의 부호 및 전기장의 세기에 비례하는 전위차와 합산하여 제2 출력 신호로 출력할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 전력 밀도 측정 방법은 상기 제1 수신 포트에서 출력된 제1 출력 신호와 상기 제2 수신 포트에서 출력된 제2 출력 신호에서 각각 고주파 신호를 제거하여 직류 신호들을 추출하는 단계를 더 포함하고, 상기 전력 밀도를 측정하는 단계는, 상기 제1 출력 신호에서 추출한 직류 신호와 상기 제2 출력 신호에서 추출한 직류 신호를 서로 차감한 결과에 기초하여 상기 전자기장의 전력 밀도를 측정할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 의하면, 하나의 프로브 안테나를 이용하여 전기장과 자기장을 측정함으로써, 전기장과 자기장 사이의 위상차까지 함께 측정하여 오류 없이 근역장 영역 전자기장의 전력 밀도를 측정할 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시예에 의하면, 근역장 영역 전자기장의 전력 밀도를 측정하기 위한 전력 밀도 연산기를 프로브 안테나와 전기적으로 격리되도록 배치함으로써, 전력 밀도 연산기가 근역장 영역 전자기장에 미치는 영향을 최소화할 수 있다.
그리고, 본 발명의 일실시예에 의하면, 프로브 안테나의 출력 신호에서 직류 신호를 추출하여 전력 밀도 연산기로 전달하여 광케이블과 광변환장치를 사용하지 않고도 전력 밀도 측정기가 근역장 영역 전자기장에 미치는 영향을 최소화함으로써, 종래의 프로빙 시스템에 비하여 소형화된 프로빙 시스템을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시예에 의하면, 복수의 프로브 안테나들을 이용하여 안테나 배열형 프로빙 시스템을 구현함으로써, 평면상에 다수의 위치에서 전력 밀도를 한번에 측정할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 프로빙 시스템을 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 프로빙 안테나의 구조를 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 프로빙 안테나의 동작 원리에 대한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 전력 밀도 측정기의 일례이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 단일 안테나형 프로빙 시스템의 일례다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 안테나 배열형 프로빙 시스템의 일례다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 전력 밀도 측정 방법을 도시한 플로우차트이다.
이하에서, 첨부된 도면을 참조하여 실시예들을 상세하게 설명한다. 그러나, 실시예들에는 다양한 변경이 가해질 수 있어서 특허출원의 권리 범위가 이러한 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 실시예들에 대한 모든 변경, 균등물 내지 대체물이 권리 범위에 포함되는 것으로 이해되어야 한다.
실시예에서 사용한 용어는 단지 설명을 목적으로 사용된 것으로, 한정하려는 의도로 해석되어서는 안된다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
또한, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일한 참조부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 실시예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 실시예의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 프로빙 시스템을 도시한 도면이다.
프로빙 시스템(100)은 도 1에 도시된 바와 같이 프로브 안테나(110), 및 전력 밀도 측정기(120)를 포함할 수 있다.
프로브 안테나(110)는 기판 및 기판 위에 일정 선폭을 가지며 다각형, 또는 폐곡선의 형상으로 형성된 도체 전송 선로를 포함할 수 있다. 이때, 도체 전송 선로는 두 부분이 단절되어 서로 이격된 제1 전송 선로, 및 제2 전송 선로로 구분될 수 있다. 또한, 도체 전송 선로는 제1 전송 선로의 일단, 및 제2 전송 선로의 일단으로 형성된 제1 수신 포트, 및 제1 전송 선로의 타단, 및 제2 전송 선로의 타단으로 형성된 제2 수신 포트를 포함할 수 있다.
이때, 도체 전송 선로는 프로브 안테나(110)에 입력되는 자기장에 의하여 루프 안테나로 동작할 수 있다. 이때, 도체 전송 선로는 제1 수신 포트 및 제2 수신 포트에 프로브 안테나(110)에 입력되는 자기장의 세기에 비례하는 전위차를 생성할 수 있다. 구체적으로, 제1 수신 포트는 제2 수신 포트에서 출력되는 전위 차와 크기가 동일하고, 방향이 서로 반대인 전위 차를 생성할 수 있다.
또한, 도체 전송 선로는 프로브 안테나(110)에 입력되는 전기장에 의하여 제1 수신 포트 및 제2 수신 포트를 포함하는 전송 선로의 영역들이 각각 서로 다른 다이폴 안테나들로 동작할 수 있다. 이때, 제1 수신 포트 및 제2 수신 포트를 포함하는 전송 선로의 영역들은 각각 제1 수신 포트 및 제2 수신 포트에 프로브 안테나(110)에 입력되는 전기장의 세기에 비례하는 전위차를 생성할 수 있다. 구체적으로, 제1 수신 포트는 제2 수신 포트에서 출력되는 전위 차와 크기 및 방향이 동일한 전위 차를 생성할 수 있다.
예를 들어, 제1 수신 포트는 제1 수신 포트에서 출력되는 자기장의 세기에 비례하는 전위차, 및 전기장의 세기에 비례하는 전위차를 합산하여 제1 출력 신호로 출력하고, 제2 수신 포트는 제2 수신 포트에서 출력되는 자기장의 세기에 비례하는 전위차의 부호를 반전한 후, 전기장의 세기에 비례하는 전위차와 합산하여 제2 출력 신호로 출력할 수 있다. 또한, 제1 수신 포트는 제1 수신 포트에서 출력되는 자기장의 세기에 비례하는 전위차의 부호를 반전한 후, 및 전기장의 세기에 비례하는 전위차를 합산하여 제1 출력 신호로 출력하고, 제2 수신 포트는 제2 수신 포트에서 출력되는 자기장의 세기에 비례하는 전위차의 부호 및 전기장의 세기에 비례하는 전위차와 합산하여 제2 출력 신호로 출력할 수도 있다.
전력 밀도 측정기(120)는 제1 출력 신호와 제2 출력 신호를 이용하여 근역장 영역의 전자기장의 전력 밀도를 측정할 수 있다. 이때, 전력 밀도 측정기(120)는 도 1에 도시된 바와 같이 증폭기(121), 고주파 제거기(123), 및 전력 밀도 연산기(125)를 포함할 수 있다.
증폭기(121)는 제1 출력 신호 및 제2 출력 신호를 각각 증폭하여 고주파 제거기(123)로 전달할 수 있다.
고주파 제거기(123)는 증폭기(121)에서 증폭된 제1 출력 신호와 제2 출력 신호에서 각각 고주파 신호를 제거하여 직류 신호들을 추출할 수 있다. 예를 들어, 고주파 제거기(123)는 고주파 초크일 수 있다.
전력 밀도 연산기(125)는 프로브 안테나(110)와 전기적으로 격리되도록 프로브 안테나(110)에서 이격된 위치에 배치, 또는 설치될 수 있다. 이때, 전력 밀도 연산기(125)는 제1 출력 신호에서 추출한 직류 신호와 제2 출력 신호에서 추출한 직류 신호를 서로 차감하여 무선 통신 안테나의 근역장 영역 전자기장의 전력 밀도를 측정할 수 있다. 예를 들어, 전력 밀도 연산기(125)는 프로세서, 또는 프로세서가 포함된 장치, 및 PC 중 하나일 수 있다.
프로빙 시스템(100)은 하나의 프로브 안테나를 이용하여 전기장과 자기장을 측정함으로써, 전기장과 자기장 사이의 위상차까지 함께 측정하여 오류 없이 근역장 영역 전자기장의 전력 밀도를 측정할 수 있다.
또한, 프로빙 시스템(100)은 근역장 영역 전자기장의 전력 밀도를 측정하기 위한 전력 밀도 연산기(125)를 프로브 안테나와 전기적으로 격리되도록 배치함으로써, 전력 밀도 연산기(125)가 근역장 영역 전자기장에 미치는 영향을 최소화할 수 있다. 이때, 프로빙 시스템(100)은 전력 밀도 연산기(125)를 프로브 안테나(110)로부터 이격된 위치에 배치하고, 고주파 제거기(123)를 이용하여 프로브 안테나(110)의 출력에서 직류 신호를 추출하며, 추출한 직류 신호를 전력 밀도 연산기(125)로 전달하여 전력 밀도 연산기(125)를 프로브 안테나와 전기적으로 격리되도록 배치할 수 있다.
또한, 프로빙 시스템(100)은 프로브 안테나(110)의 출력에서 직류 신호를 추출하며, 추출한 직류 신호를 전력 밀도 연산기(125)로 전달함으로써, 광케이블과 광변환장치를 사용하지 않고도 전력 밀도 측정기(125)가 근역장 영역 전자기장에 미치는 영향을 최소화할 수 있다. 즉, 프로빙 시스템(100)은 광케이블과 광변환 장치와 같은 광전송 방식과 관련된 구성을 필요로 하지 않으므로, 프로브 안테나에 광전송 방식과 관련된 장치를 필요로 하는 종래의 프로빙 시스템에 비하여 소형화될 수 있다.
그리고, 프로빙 시스템(100)은 종래의 프로빙 시스템에 비하여 소형화될 수 있으므로, 복수의 프로브 안테나(110)들을 이용하여 도 6에 도시된 바와 같은 안테나 배열형 프로빙 시스템을 구현할 수도 있다. 이때, 안테나 배열형 프로빙 시스템은 평면상에 다수의 위치에서 전력 밀도를 한번에 측정할 수 있으므로, 넓은 면적에 대한 전력 밀도 분포를 측정하는데 소요되는 시간을 단축시킬 수 있다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 프로빙 안테나의 구조를 도시한 도면이다.
프로브 안테나(110)는 회로 기판(101) 및 회로 기판(101) 위에 일정 선폭을 가지며 다각형, 또는 폐곡선의 형상으로 형성된 도체 전송 선로(202)를 포함할 수 있다.
이때, 도체 전송 선로(202)는 도 2에 도시된 바와 같이 두 부분이 단절되며, 단절된 부분에 제1 수신 포트(203), 및 제2 수신 포트(204)가 형성될 수 있다. 프로브 안테나(110)는 근역장 전자기장에 의해 발생하는 신호를 제1 수신 포트(203), 및 제2 수신 포트(204)를 통해 수신할 수 있다.
프로브 안테나(110)에서 전력 밀도 측정이 가능한 2차원 영역이 프로브 탐색 영역(205)로 정의될 수 있다. 이때, 프로브 탐색 영역(205)은 일반 안테나의 유효 단면적(Effective area)과 동일한 개념을 갖는 영역일 수 있다. 즉, 프로브 안테나(110)는 회로 기판(101)의 표면에서 프로브 탐색 영역(205)의 안에 위치하는 근역장 전자기장의 전력 밀도를 측정할 수 있다.
프로브 안테나(110)의 프로브 탐색 영역(205)은 측정, 또는 시뮬레이션 방법을 통해 결정될 수 있다. 또한, 프로브 안테나(110)를 포함하는 프로빙 시스템(100)의 공간 해상도는 프로브 탐색 영역(205)의 크기에 따라 결정될 수 있다.
그리고, 프로브 탐색 영역(205)의 크기는 도체 전송 선로(202)가 형성하는 다각형, 또는 폐곡선의 크기에 비례하며, 프로브 탐색 영역(205)의 크기에 따라 프로빙 시스템(100)의 공간 해상도가 결정되므로, 도체 전송 선로(202)가 형성하는 다각형, 또는 폐곡선의 크기에 따라 프로빙 시스템(100)의 공간 해상도가 결정될 수 있다. 예를 들어, 도체 전송 선로(202)가 형성하는 다각형, 또는 폐곡선의 크기가 작을수록 프로빙 시스템(100)의 공간 해상도 성능이 증가할 수 있다.
또한, 도체 전송 선로(202)가 형성하는 다각형, 또는 폐곡선의 크기에 따라 프로브 안테나(110)의 공진 주파수가 결정될 수 있다. 구체적으로, 도체 전송 선로(202)의 전체 길이가 전자기장의 파장과 동일한 경우, 프로브 안테나(110)는 해당 주파수에서 공진할 수 있다. 그리고, 프로브 안테나(110)가 공진하는 경우, 프로브 안테나(110)의 제1 수신 포트(203), 및 제2 수신 포트(204)의 출력은 다른 주파수에서의 출력과 차이를 가질 수 있다.
따라서, 주파수에 따른 제1 수신 포트(203), 및 제2 수신 포트(204) 출력의 차이를 방지하기 위해 측정하고자 하는 전자기장의 파장보다 도체 전송 선로(202)의 전체 길이가 작도록 설계될 수 있다. 예를 들어, 전력 밀도를 측정하고자 하는 전자기장의 파장을 λ이라 정의한 경우, 도체 전송 선로(202)의 사각형 한 변의 길이는 λ/8이고, 도체 전송 선로(202)의 선폭은 λ/10 이하일 수 있다.
또한, 제1 수신 포트(203) 및 제2 수신 포트(204)의 입력 임피던스는 제1 전송 선로, 및 제2 전송 선로의 길이에 따라 결정될 수 있다. 이때, 도체 전송 선로(202)에서 단절된 부위에 대응하는 임피던스는 도체 전송 선로(202)가 단절되는 길이의 함수를 사용하여 구할 수 있다. 그리고, 구해진 임피던스가 제1 수신 포트(203), 및 제2 수신 포트(204)의 입력 임피던스일 수 있다.
그리고, 제1 수신 포트(203), 및 제2 수신 포트(204)에서 출력된 신호가 전력 밀도 측정기(120)에 입력될 때 신호 반사가 발생할 수 있다. 이때, 발생하는 신호 반사의 양은 제1 수신 포트(203), 및 제2 수신 포트(204)의 임피던스에 따라 결정될 수 있다 즉, 제1 수신 포트(203), 및 제2 수신 포트(204)의 입력 임피던스가 전력 밀도 측정기(120)의 입력 임피던스와 서로 다른 경우, 제1 수신 포트(203), 및 제2 수신 포트(204)에서 출력된 신호는 전력 밀도 측정기(120)에 입력되지 못하고 반사될 수 있다. 따라서, 제1 수신 포트(203), 및 제2 수신 포트(204)에서 출력된 신호가 반사되는 것을 방지하기 위하여 제1 수신 포트(203), 및 제2 수신 포트(204)의 입력 임피던스가 전력 밀도 측정기(120)의 입력 임피던스와 동일하도록 제1 전송 선로, 및 제2 전송 선로의 길이가 결정될 수 있다. 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 프로빙 안테나의 동작 원리에 대한 도면이다.
도체 전송 선로(202)는 두 부분이 단절됨으로써, 서로 이격된 제1 전송 선로(310), 및 제2 전송 선로(320)로 구분될 수 있다. 또한, 도체 전송 선로는 제1 전송 선로(310)의 일단, 및 제2 전송 선로(320)의 일단으로 형성된 제1 수신 포트(203), 및 제1 전송 선로(310)의 타단, 및 제2 전송 선로(320)의 타단으로 형성된 제2 수신 포트(204)를 포함할 수 있다.
그리고, 프로브 탐색 영역(205)에서 전기장과 자기장이 균일하다고 가정하면, 프로브 탐색 영역(205)에서 전기장 및 자기장은 동일한 방향과 세기를 가질 수 있다. 도체 전송 선로(202)가 형성하는 사각형의 크기가 측정하고자 하는 전자기장의 파장에 비해 임계값 미만의 크기를 가지는 경우, 프로브 탐색 영역(205)에서 전기장과 자기장이 균일할 수 있다.
또한, 제1 수신 포트(203)에서 출력되는 신호를 V1으로 정의하고, 제2 수신 포트(204)에서 출력되는 신호를 V2 로 정의할 수 있다.
이때, 도체 전송 선로(202)는 프로브 안테나(110)에 입력되는 자기장에 의하여 루프 안테나로 동작할 수 있다
구체적으로, 프로브 탐색 영역(205)의 안에 위치하면서 프로브 안테나(110)의 표면에 형성되는 자기장은 패러데이(Faraday) 법칙에 따라 도체 전송 선로(202)에 전류를 유도할 수 있다. 이때, 유도되는 전류는 제1 수신 포트(203), 및 제2 수신 포트(204)에 전위차를 생성할 수 있다.
패러데이 법칙에 따라 유도되는 전류는 프로브 안테나(110)에 입력되는 자기장의 수직 방향의 세기에 비례할 수 있다. 이때, 프로브 안테나(110)에 입력되는 자기장의 수직 방향은 도체 전송 선로(202)를 포함하는 안테나면의 수직 방향축(310)과 동일한 방향일 수 있다.
따라서, 제1 수신 포트(203), 및 제2 수신 포트(204)에서 출력되는 신호의 전위차도 안테나면 수직 방향축(310)으로의 자기장 세기에 비례할 수 있다.
또한, 패러데이 법칙에 따라 자기장에 유도되어 도체 전송 선로(202)를 흐르는 전류는 도체 전송 선로(202) 사각형에서 시계방향 또는, 시계반대 방향으로 흐른다. 즉, 프로브 탐색 영역(205)에서는 자기장이 균일한 경우, 제1 수신 포트(203), 및 제2 수신 포트(204)에서 서로 반대 방향의 전위차를 가지는 신호가 출력될 수 있다.
따라서, 자기장에 의해 제1 수신 포트(203), 및 제2 수신 포트(204)에서 출력되는 신호의 전위차는 전위차의 방향이 서로 다를 수 있다. 예를 들어, 자기장에 의하여 제1 수신 포트(203)에서 출력되는 V1이 양의 값을 갖는 전위차를 가지는 경우, 자기장에 의하여 제2 수신 포트(204)에서 출력되는 V2는 음의 값을 갖는 전위차를 가질 수 있다.
정리하면, 자기장에 의해 제1 수신 포트(203), 및 제2 수신 포트(204)에서 각각 출력되는 신호들의 전위차의 크기는 동일하며, 전위차 부호는 서로 다를 수 있다.
그리고, 도체 전송 선로(202)에서 도체 전송 선로의 수직 방향축(311)과 동일한 방향에 대응하는 도체 전송 선로(202)의 영역들이 다이폴 안테나로 동작할 수 있다.
즉, 도체 전송 선로(202)는 프로브 안테나(110)에 입력되는 전기장에 의하여 수직 방향축(311)과 동일한 방향에서 제1 수신 포트(203)를 포함하는 도체 전송 선로(202)의 영역 및 수직 방향축(311)과 동일한 방향에서 제2 수신 포트(204)를 포함하는 전송 선로의 영역들이 각각 서로 다른 다이폴 안테나들로 동작할 수 있다.
이때, 프로브 안테나(110)의 표면에 형성되는 전기장은 제1 수신 포트(203), 및 제2 수신 포트(204)에 전위차를 출력한다. 그리고, 제1 수신 포트(203), 및 제2 수신 포트(204)에서 출력되는 전위차는 도체 전송 선로(202)의 수직 방향축(311)으로의 전기장 세기에 비례할 수 있다.
프로브 탐색 영역(205)에서는 전기장이 균일한 경우, 제1 수신 포트(203), 및 제2 수신 포트(204)를 포함하며 도체 전송 선로(202)의 수직 방향축(311)에 대응하는 방향의 다이폴 안테나들에는 방향과 세기가 같은 전기장이 입력될 수 있다. 따라서, 제1 수신 포트(203), 및 제2 수신 포트(204)에서 출력되는 전위차는 서로 동일한 부호를 가질 수 있다.
예를 들어, 전기장에 의하여 제1 수신 포트(203)에서 출력되는 V1이 양의 값을 갖는 전위차를 가지는 경우, 전기장에 의하여 제2 수신 포트(204)에서 출력되는 V2도 양의 값을 갖는 전위차를 가질 수 있다.
정리하면, 전기장에 의해 제1 수신 포트(203), 및 제2 수신 포트(204)에서 각각 출력되는 신호들의 전위차의 크기 및 전위차 부호는 동일할 수 있다.
또한, 프로브 안테나(110)가 입력되는 전기장에 대해 선형안테나로 동작하는 경우, 도체 전송 선로(202)의 수평 방향축(312)으로 입력되는 전기장이 제1 수신 포트(203), 및 제2 수신 포트(204) 사이에 전위차를 생성할 수 있다. 다만, 프로빙 시스템(100)은 전력 밀도를 측정하는 과정에서 제1 수신 포트(203), 및 제2 수신 포트(204) 사이에 생성되는 전위차를 사용하지 않을 수 있다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 전력 밀도 측정기의 일례이다.
프로브 안테나(110)의 제1 수신 포트(203)에서 출력된 신호는 증폭기(121)의 제1 신호 제곱기(411)에 입력될 수 있다. 또한, 프로브 안테나(110)의 제2 수신 포트(204)에서 출력된 신호는 증폭기(121)의 제2 신호 제곱기(412)에 입력될 수 있다.
이때, 제1 신호 제곱기(411), 및 제2 신호 제곱기(412)는 입력받은 신호를 제곱하여 출력함으로써, 입력 받은 신호를 증폭할 수 있다. 예를 들어, 제1 신호 제곱기(411), 및 제2 신호 제곱기(412)는 고주파 혼합기(Radio-frequency Mixer)를 이용하여 구현된 구성일 수 있다. 고주파 혼합기는 고주파(Radio frequency) 신호와 국부(Local)신호를 입력 받아 고주파 신호를 변조(Modulation)할 수 있다. 그리고, 고주파 혼합기에서 수행하는 변조는 고주파 신호와 국부신호의 합을 제곱하는 것과 동일하다. 따라서, 고주파 혼합기에 입력하는 고주파 신호와 국부 신호를 모두 동일한 고주파 신호로 대체하면, 증폭된 고주파 신호를 출력할 수 있다.
제1 수신 포트(203)에서 자기장에 의해 출력되는 전위차, 및 전기장에 의해 출력되는 전위차는 서로 다른 고주파 신호일 수 있다. 그리고, 제1 신호 제곱기(411)는 제1 수신 포트(203)에서 자기장에 의해 출력되는 전위차, 및 전기장에 의해 출력되는 전위차를 입력받을 수 있다. 다음으로, 제1 신호 제곱기(411)는 제1 수신 포트(203)에서 자기장에 의해 출력되는 전위차, 및 전기장에 의해 출력되는 전위차의 합을 제곱하여 제1 출력 신호를 생성할 수 있다. 또한, 제2 신호 제곱기(412)는 제2 수신 포트(204)에서 자기장에 의해 출력되는 전위차, 및 전기장에 의해 출력되는 전위차를 입력받을 수 있다. 다음으로, 제2 신호 제곱기(412)는 제2 수신 포트(204)에서 자기장에 의해 출력되는 전위차, 및 전기장에 의해 출력되는 전위차의 합을 제곱하여 제2 출력 신호를 생성할 수 있다.
제1 신호 제곱기(411)에서 출력된 신호는 고주파 제거기(123)의 제1 고주파 초크(421)에 입력되고, 제2 신호 제곱기(412)에서 출력된 신호는 고주파 제거기(123)의 제2 고주파 초크(422)에 입력될 수 있다. 고주파 초크(Radio-frequency choke)는 입력되는 신호에 대해 직류(Direct current)신호를 제외한 나머지 고주파 신호를 제거함으로써, 직류 신호를 추출할 수 있다. 예를 들어, 제1 고주파 초크(421), 및 제2 고주파 초크(422)는 인덕터(Inductor)를 사용하여 구현된 구성일 수 있다.
고주파 제거기(123)에서 추출된 직류 신호들은 도 4에 도시된 바와 같이 전력 밀도 연산기(125)에 입력될 수 있다.
이때, 전력 밀도 연산기(400)는 신호 차감기(431)와 신호 곱셈기(432)를 포함할 수 있다. 신호 차감기(431)는 입력된 두 신호들 간의 차를 획득할 수 있다. 또한, 신호 곱셈기(432)는 신호 차감기(431)에서 획득한 신호들 간의 차에 곱셈 계수를 곱하여 출력할 수 있다. 전력 밀도 연산기(400)에 입력되는 신호는 고주파 신호가 아닌 직류 신호이므로, 신호 차감기(431)와 신호 곱셈기(432)는 아날로그 회로에서 사용되는 연산 증폭기(Operational Amplifier)를 사용하여 구현될 수 있다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 단일 안테나형 프로빙 시스템의 일례다.
본 발명의 일실시예에 따른 단일 안테나형 프로빙 시스템은 도 5에 도시된 바와 같이 회로 기판(101)에 도체 전송 선로(202)로 구성된 프로브 안테나(110)와 제1 신호 제곱기(510) 및 제2 신호 제곱기(520)를 설치하여 구성될 수 있다.
이때, 제1 신호 제곱기(510)는 제1 수신 포트(203)에 근접하여 설치되고, 제2 신호 제곱기(520)는 제2 수신 포트(204)에 근접하여 설치될 수 있다. 또한, 제1 신호 제곱기(510) 및 제2 신호 제곱기(520)는 반도체 트랜지스터를 이용하여 소형으로 제작된 고주파 혼합기를 사용하여 제작됨으로써, 제1 수신 포트(203), 및 제2 수신 포트(204)에 근접하여 설치될 수 있다.
또한, 제1 신호 제곱기(510)에서 출력되는 제1 출력 신호는 비아(511)를 통하여 회로 기판(101)의 아랫면에 연결된 신호 제곱기 도체 전송 선로(512)로 전달될 수 있다. 그리고, 제1 고주파 초크(530)는 신호 제곱기 도체 전송 선로(512)를 통과한 제1 출력 신호에서 직류 신호를 추출하여 전력 밀도 연산기(550)로 전달할 수 있다.
또한, 제2 신호 제곱기(520)에서 출력되는 제2 출력 신호는 비아(521)를 통하여 회로 기판(101)의 아랫면에 연결된 신호 제곱기 도체 전송 선로(522)로 전달될 수 있다. 그리고, 제2 고주파 초크(540)는 신호 제곱기 도체 전송 선로(522)를 통과한 제2 출력 신호에서 직류 신호를 추출하여 전력 밀도 연산기(550)로 전달할 수 있다.
전력 밀도 연산기(550)는 제1 출력 신호에서 추출한 직류 신호와 제2 출력 신호에서 추출한 직류 신호들 간의 차에 곱셈 계수를 곱하여 출력할 수 있다.
측정 장치(560)는 전력 밀도 연산기(550)에서 출력된 신호를 이용하여 무선 통신 안테나의 근역장 영역 전자기장의 전력 밀도를 측정할 수 있다. 예를 들어, 측정 장치(560)는 오실로스코프, 또는 스펙트럼 분석기일 수 있다.
이때, 전력 밀도 연산기(550) 및 측정 장치(560)는 무선 통신 안테나의 근역장 영역 전자기장의 측정에 미치는 영향을 최소화하기 위해 회로 기판(101)에서 이격된 위치에 설치될 수 있다. 또한, 전력 밀도 연산기(550) 및 측정 장치(560)는 차폐함의 내부에 설치되어 전력 밀도 연산기(550) 및 측정 장치(560)가 전력 밀도 측정에 미치는 영향을 더 감소시킬 수도 있다.
또한, 도 5에서 측정 장치(560)는 전력 밀도 연산기(550)와 별도의 구성이나, 실시예에 따라서는 신호 차감기(431)와 신호 곱셈기(432)와 함께 전력 밀도 연산기(550)에 포함될 수도 있다.
또한, 제1 고주파 초크(530) 및 제2 고주파 초크(540)는 제1 출력 신호 및 제2 출력 신호에서 고주파신호를 제거함으로써, 전력 밀도 연산기(550)를 제1 신호 제곱기(510), 및 제2 신호 제곱기(520)로부터 전기적으로 격리하여 전력 밀도 연산기(550)가 전력 밀도 측정에 영향을 미치지 못하도록 할 수 있다.
즉, 실시예에 따라서는 제1 신호 제곱기(510), 및 제2 신호 제곱기(520)와 전력 밀도 연산기(550) 사이에 설치하는 고주파 초크의 개수를 증가시킴으로써, 전력 밀도 연산기(550)와 제1 신호 제곱기(510), 및 제2 신호 제곱기(520) 간의 전기적 격리 정도를 증가시킬 수도 있다.
또한, 제1 신호 제곱기(510), 및 제2 신호 제곱기(520)는 동작하기 위한 전원이 필요할 수 있다.
다만, 제1 신호 제곱기(510), 및 제2 신호 제곱기(520)에 전원을 공급하는 전원 공급 장치(570)가 전력 밀도 측정에 영향을 가할 수 있으므로, 전원 공급 장치(570)는 회로 기판(101)에서 이격된 위치에 설치될 수 있다.
그리고, 전원 공급 장치(570)는 전원 공급 도체 전송 선로(571)를 통하여 제1 신호 제곱기(510), 및 제2 신호 제곱기(520)에 전원을 공급할 수 있다. 또한, 제3 고주파 초크(572))를 전원 공급 도체 전송 선로(571)에 설치함으로써, 전원 공급 장치(570)를 제1 신호 제곱기(510), 및 제2 신호 제곱기(520)와 전기적으로 격리할 수 있다.
이때, 전원 공급 도체 전송 선로(112)로부터 전송되는 전원은 비아(573,574)를 통해 회로 기판(101) 아랫면에서 윗면으로 전송되어 제1 신호 제곱기(510), 및 제2 신호 제곱기(520)에 공급될 수 있다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 안테나 배열형 프로빙 시스템의 일례다.
안테나 배열형 프로빙 시스템은 도 6에 도시된 바와 같이 하나의 회로 기판(101) 위에 복수의 프로브 안테나(110)들을 배열하여 구성될 수 있다. 이때, 도 6에서 회로 기판(101)의 아래에 위치한 도면은 회로 기판(101) 아랫면의 투영도일 수 있다.
프로브 안테나(110)는 프로브 탐색 영역 안에 위치하는 전자기장의 전력 밀도를 측정하고 있으므로, 프로브 탐색 영역의 외부에 위치한 전자기장의 전력 밀도를 측정할 수는 없다. 따라서, 2차원 평면의 다수의 위치에서 전력 밀도를 측정해야 할 경우 프로브 안테나(110)의 위치를 이동시키면서 각각의 위치에서 전력 밀도를 측정해야 한다. 즉, 전력 밀도의 분포를 측정하려는 2차원 평면의 면적이 클 경우, 프로브 안테나(110)의 이동에 시간이 소요되므로, 측정 시간이 길어질 수 있다.
안테나 배열형 프로빙 시스템은 복수의 프로브 안테나(110)들을 사용하여 2차원 평면의 다수의 위치에서 전력 밀도를 한번에 측정함으로써, 2차원 평면에서 전력 밀도의 분포를 측정하는데 소요되는 시간을 단축할 수 있다.
안테나 배열형 프로빙 시스템은 배열형태의 프로브 안테나(110) 각각에 포함된 수신 포트(620)들 각각에 근접한 위치에 신호 제곱기(630)들이 설치될 수 있다.
그리고, 회로 기판(101)의 아랫면에는 평면형 인덕터(640)들이 설치될 수 있다. 평면형 인덕터(640)들은 직류 신호를 통과시키고 고주파 신호는 감쇠 시키는 구성이므로, 도 5의 고주파 초크들과 동일한 역할을 할 수 있다.
또한, 회로 기판(101)에는 신호 제곱기(630)의 출력을 평면형 인덕터(640)에 연결하는 비아(631)들이 설치될 수 있다. 그리고, 평면형 인덕터(640)들은 고주파 초크 도체 전송 선로(641)들을 통하여 직류 스위치(650)와 연결될 수 있다. 앞서 설명한 바와 같이 평면형 인덕터(640)는 입력된 신호에서 고주파 신호를 제거하고, 직류 신호만 출력하므로, 고주파 초크 도체 전송 선로(641)들을 통하여 직류 스위치(650)로 전송되는 신호는 모두 신호 제곱기(630)들의 출력 신호들에서 각각 추출된 직류 신호들일 수 있다.
그리고, 직류 스위치(650)는 고주파 초크 도체 전송 선로(641)들을 통해 수신한 직류 신호 중 하나를 선택하고, 선택한 직류 신호를 스위치 도체 전송 선로(651)를 통해 전력 밀도 연산기(670)로 전달할 수 있다. 또한, 스위치 도체 전송 선로(651)에는 고주파 초크(660)가 설치되어 전력 밀도 연산기(670)를 직류 스위치(650)로부터 전기적으로 격리할 수 있다.
직류 스위치(650)는 직류 신호들 중 하나를 선택하여 전송하는 구성이므로, 고주파 신호들 중 하나를 선택하여 전송하는 고주파 스위치에 비해 신호 손실이 적고 스위칭 속도가 빠를 수 있다.
즉, 안테나 배열형 프로빙 시스템은 직류 스위치(650)를 사용하여 평면형 인덕터(640)들로부터 수신한 직류 신호를 순차적으로 전력 밀도 연산기(670)에 입력하고, 전력 밀도 연산기(670)의 출력을 순차적으로 측정 장치로 전송함으로써, 2차원 평면에서 전력 밀도의 분포를 한번에 측정할 수 있다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 전력 밀도 측정 방법을 도시한 플로우차트이다.
단계(710)에서 증폭기(121)는 프로브 안테나(110)의 제1 수신 포트(203) 및 제2 수신 포트(204)로부터 자기장에 의한 전위차 신호, 및 전기장에 의한 전위차 신호를 수신할 수 있다.
이때, 자기장에 의한 전위차 신호를 VH로 정의하고, 전기장에 의한 전위차 신호를 VE로 정의하는 경우, VH와 VE는 수학식 1과 같이 표시될 수 있다.
Figure 112019128456695-pat00001
이때, ω는 프로브 안테나(110)에 입력되는 전자기장의 각주파수(Angular frequency)일 수 있다.
앞서 설명한 바와 같이 프로브 안테나(110)는 입력되는 자기장에 대해서는 루프 안테나로 동작하고, 전기장에 대해서는 선형 안테나로 동작할 수 있다. 따라서, 제1 수신 포트(203), 및 제2 수신 포트(204)에서 출력되는 전위차는 자기장의 세기 및 전기장 세기에 비례할 수 있다. 그리고, 근역장 영역에서 자기장과 전기장은 서로 다른 위상을 가지므로, 제1 수신 포트(203), 및 제2 수신 포트(204)에서 출력되는 전위차 신호 VH와 VE도 서로 다른 위상을 가질 수 있다.
이때, 수학식 1에서 θH는 자기장이 가지는 위상이고, θE는 전기장이 가지는 위상일 수 있다. 또한, νH는 자기장에 따른 전위차 신호의 진폭이고, νE는 전기장에 따른 전위차 신호의 진폭일 수 있다. 이때, 전위차는 자기장과 전기장 세기에 비례하므로 νH는 안테나면 수직 방향축(310)으로의 자기장 세기에 비례하며, νE는 도체 전송 선로 수직 방향축(311)으로의 전기장 세기에 비례할 수 있다. 이때, 비례 계수는 도체 전송 선로(202)의 길이와 선폭, 회로 기판(101)의 유전율에 의해 결정될 수 있다.
또한, 근역장 영역에서 자기장과 전기장이 동시에 존재하므로 제1 수신 포트(203), 및 제2 수신 포트(204)에서는 각각 VH와 VE가 동시에 출력될 수 있다.
따라서, 제1 수신 포트(203)에서 출력되는 제1 출력 신호 V1 및 제2 수신 포트(204)에서 출력되는 제2 출력 신호 V2 는 수학식 2와 같이 자기장에 의한 전위차 신호 VH와 전기장에 의한 전위차 신호 VE을 모두 포함할 수 있다.
Figure 112019128456695-pat00002
이때, 자기장에 의해 두 제1 수신 포트(203), 및 제2 수신 포트(204)에서 출력되는 전위차의 부호가 서로 다르므로, 제1 출력 신호 V1의 VH에는 양의 부호가 붙고, 제2 출력 신호 V2 의 VH에는 음의 부호가 붙을 수 있다.
그리고, 증폭기(121)는 프로브 안테나(110)의 제1 수신 포트(203) 및 제2 수신 포트(204)로부터 제1 출력 신호 V1 및 제2 출력 신호 V2를 수신할 수 있다.
단계(720)에서 증폭기(121)는 단계(710)에서 수신한 신호들을 증폭하여 출력할 수 있다. 증폭기(121)의 제1 신호 제곱기(411)가 제1 수신 포트(203)로부터 수신한 제1 출력 신호 V1을 증폭하여 출력하는 신호 V1,double은 수학식 3과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112019128456695-pat00003
이때, α는 제1 신호 제곱기(411), 및 제2 신호 제곱기(412)에서 발생하는 진폭의 증가인 증폭 이득일 수 있다. 또한, 증폭기(121)의 제2 신호 제곱기(412)가 제2 수신 포트(204)로부터 수신한 제2 출력 신호 V2을 증폭하여 출력하는 신호 V2,double은 수학식 4와 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112019128456695-pat00004
단계(730)에서 고주파 제거기(123)는 증폭기(121)에서 증폭된 제1 출력 신호와 제2 출력 신호에서 각각 고주파 신호를 제거하여 직류 신호들을 추출할 수 있다.
제1 신호 제곱기(411)에서 출력된 신호 V1,double은 고주파 제거기(123)의 제1 고주파 초크(421)에서 2ωt를 가지는 신호 성분들이 제거될 수 있다. 이때, 2ωt를 가지는 신호 성분들은 고주파 신호에 대응하는 신호 성분들이며, 2ωt를 가지고 있지 않은 선호 성분들은 직류 신호에 대응하는 신호 성분들일 수 있다. 따라서, 제1 고주파 초크(421)에서 출력되는 신호 V1,double,choke는 제1 출력 신호에서 추출된 직류 신호이며, 수학식 5와 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112019128456695-pat00005
또한, 제2 신호 제곱기(412)에서 출력된 신호 V2,double은 고주파 제거기(123)의 제2 고주파 초크(422)에서 2ωt를 가지는 신호 성분들이 제거될 수 있다. 따라서, 제2 고주파 초크(422)에서 출력되는 신호 V2,double,choke는 제2 출력 신호에서 추출된 직류 신호이며, 수학식 6과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112019128456695-pat00006
단계(740)에서 전력 밀도 연산기(125)는 제1 출력 신호에서 추출한 직류 신호와 제2 출력 신호에서 추출한 직류 신호를 서로 차감하여 무선 통신 안테나의 근역장 영역 전자기장의 전력 밀도를 측정할 수 있다.
구체적으로, 전력 밀도 연산기(125)의 신호 차감기(431)는 제1 고주파 초크(421)에서 출력된 신호 V1,double,choke와 제2 고주파 초크(422)에서 출력되는 신호 V2,double,choke 간의 차를 출력하고, 전력 밀도 연산기(125)의 신호 곱셈기(432)는 신호 차감기(431)의 출력에 곱셈 계수를 곱하여 출력할 수 있다.
따라서, 곱셈 계수를 M으로 정의한 경우, 전력 밀도 연산기(125)의 출력 Voperator,out은 수학식 7과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112019128456695-pat00007
이때, θH는 자기장이 가지는 위상이고, θE는 전기장이 가지는 위상일 수 있다. 또한, 전력 밀도 연산기(125)의 출력 Voperator,out은 자기장에 따른 전위차 신호의 진폭인 νH 및 전기장에 따른 전위차 신호의 진폭인 νE에 비례할 수 있다. 그리고, 자기장에 따른 전위차 신호의 진폭인 νH는 안테나면 수직 방향축(310)으로의 자기장 세기에 비례할 수 있다. 또한, 전기장에 따른 전위차 신호의 진폭인 νE는 도체 전송 선로의 수직 방향축(311)으로의 전기장 세기에 각각 비례할 수 있다. 그리고, 안테나면 수직 방향축(310)과 도체 전송 선로 수직 방향축(311)은 서로 직교할 수 있다.
또한, 전자기장이 가지는 전력 밀도 PD는 수학식 8과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112019128456695-pat00008
이때,
Figure 112019128456695-pat00009
은 전기장의 세기이고,
Figure 112019128456695-pat00010
는 자기장의 세기일 수 있다. 따라서, 자기장에 따른 전위차 신호의 진폭인 νH은 자기장의 세기인
Figure 112019128456695-pat00011
에 비례하고, 전기장에 따른 전위차 신호의 진폭인 νE는 전기장의 세기인
Figure 112019128456695-pat00012
에 비례할 수 있다.
또한, 수학식 7에 포함된 전기장과 자기장 사이의 위상차에 관한 항(θH - θE)은 수학식 8에도 동일하게 포함되어 있으며, 증폭기(121)의 증폭 이득 α과 신호 곱셈기(432)의 곱셈 계수 M은 프로빙 시스템(100)을 설계하는 과정에서 결정된 상수일 수 있다. 따라서, 수학식 7의 vH, vE 와 위상차에 관한 항의 곱은 프로브 안테나(110)에 입력되는 전자기장의 전력 밀도에 비례할 수 있다.
그러므로, 수학식 7은 수학식 8을 참조하여 수학식 9와 같이 변형될 수 있다.
Figure 112019128456695-pat00013
이때, FPD는 전력 밀도 연산기(125)의 출력이 전력 밀도에 대해 가지는 비례 계수일 수 있다. 즉, 전력 밀도 연산기(125)의 출력은 프로브 안테나(110)에 입력되는 전자기장의 전력 밀도에 비례한다. 따라서, FPD를 식별하면 전력 밀도 연산기(125)의 출력을 수학식 9에 적용하여 프로브 안테나(110)에 입력되는 전자기장의 전력 밀도를 측정할 수 있다.
이때, 프로빙 시스템(100)은 전력 밀도를 미리 알고 있는 전자기장을 사용하여 프로브 안테나(110)를 교정함으로써 비례 계수인 FPD를 식별할 수 있다.
전자기장 측정에 사용되는 TEM 셀(Transverse Electromagnetic Cell) 또는, GTEM 셀(Gigahertz TEM Cell)은 균일한 전자기장을 생성하는데 사용된다. TEM 셀, 또는 GTEM 셀은 셀 내부에 생성되는 전기장과 자기장 각각의 방향과 세기를 미리 알 수 있다. 또한, TEM 셀, 또는 GTEM 셀의 내부에 생성되는 전기장과 자기장은 서로 직교할 수 있다. 그리고, TEM 셀, 또는 GTEM 셀의 내부에 생성되는 전기장과 자기장 사이에는 위상차가 없을 수 있다.
따라서, TEM 셀, 또는 GTEM 셀을 이용하여 균일한 전자기장을 생성하는 경우, TEM 셀, 또는 GTEM 셀의 내부에 생성되는 전기장과 자기장 세기를 알 수 있으므로, 프로빙 시스템(100)은 수학식 8에 TEM 셀, 또는 GTEM 셀의 내부에 생성되는 전기장과 자기장 세기를 입력하여 TEM 셀, 또는 GTEM 셀을 이용하여 생성한 전자기장의 전력 밀도 PDcal을 계산할 수 있다.
이때, TEM 셀, 또는 GTEM 셀의 내부에 생성되는 전기장과 자기장 사이에는 위상차가 없으므로, θH와 θE는 동일한 값일 수 있다. 따라서, 전력 밀도 PDcal은 수학식 10과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112019128456695-pat00014
이때,
Figure 112019128456695-pat00015
은 TEM 셀, 또는 GTEM 셀을 이용하여 생성되는 전자기장의 전기장 세기이고,
Figure 112019128456695-pat00016
은 , TEM 셀, 또는 GTEM 셀을 이용하여 생성되는 전자기장의 자기장 세기일 수 있다.
그리고, 프로브 안테나(110)가 TEM 셀, 또는 GTEM 셀을 이용하여 생성되는 전자기장의 내부에 위치한 경우, 전력 밀도 연산기(125)의 출력 Voperator,out 은 수학식 9와 수학식 10에 기초하여 수학식 11과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112019128456695-pat00017
이때, 프로빙 시스템(100)의 측정 장치는 수학식 9를 이용하여 계산된 전력 밀도 PDcal과 전력 밀도 연산기(125)의 출력 Voperator,out을 수학식 11에 적용하여 비례계수 FPD를 획득할 수 있다. 그리고, 측정 장치는 전력 밀도 연산기(125)의 출력 Voperator,out을 수학식 9를 변형한 수학식 12에 입력하여 전력 밀도 PD를 측정할 수 있다.
Figure 112019128456695-pat00018
즉, 프로빙 시스템(200)은 자기장과 전기장의 위상차를 고려하여 전력 밀도를 계산함으로써, 자기장과 전기장이 위상차를 갖는 근역장에서도 전자기장이 갖는 전력 밀도를 측정할 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 프로빙 시스템 또는 전력 밀도 측정 방법은 컴퓨터에서 실행될 수 있는 프로그램으로 작성되어 마그네틱 저장매체, 광학적 판독매체, 디지털 저장매체 등 다양한 기록 매체로도 구현될 수 있다.
본 명세서에 설명된 각종 기술들의 구현들은 디지털 전자 회로조직으로, 또는 컴퓨터 하드웨어, 펌웨어, 소프트웨어로, 또는 그들의 조합들로 구현될 수 있다. 구현들은 데이터 처리 장치, 예를 들어 프로그램가능 프로세서, 컴퓨터, 또는 다수의 컴퓨터들의 동작에 의한 처리를 위해, 또는 이 동작을 제어하기 위해, 컴퓨터 프로그램 제품, 예를 들어 기계 판독가능 저장 장치(컴퓨터 판독가능 매체)에서 유형적으로 구체화된 컴퓨터 프로그램으로서 구현될 수 있다. 상술한 컴퓨터 프로그램(들)과 같은 컴퓨터 프로그램은 컴파일된 또는 인터프리트된 언어들을 포함하는 임의의 형태의 프로그래밍 언어로 기록될 수 있고, 독립형 프로그램으로서 또는 모듈, 구성요소, 서브루틴, 또는 컴퓨팅 환경에서의 사용에 적절한 다른 유닛으로서 포함하는 임의의 형태로 전개될 수 있다. 컴퓨터 프로그램은 하나의 사이트에서 하나의 컴퓨터 또는 다수의 컴퓨터들 상에서 처리되도록 또는 다수의 사이트들에 걸쳐 분배되고 통신 네트워크에 의해 상호 연결되도록 전개될 수 있다.
컴퓨터 프로그램의 처리에 적절한 프로세서들은 예로서, 범용 및 특수 목적 마이크로프로세서들 둘 다, 및 임의의 종류의 디지털 컴퓨터의 임의의 하나 이상의 프로세서들을 포함한다. 일반적으로, 프로세서는 판독 전용 메모리 또는 랜덤 액세스 메모리 또는 둘 다로부터 명령어들 및 데이터를 수신할 것이다. 컴퓨터의 요소들은 명령어들을 실행하는 적어도 하나의 프로세서 및 명령어들 및 데이터를 저장하는 하나 이상의 메모리 장치들을 포함할 수 있다. 일반적으로, 컴퓨터는 데이터를 저장하는 하나 이상의 대량 저장 장치들, 예를 들어 자기, 자기-광 디스크들, 또는 광 디스크들을 포함할 수 있거나, 이것들로부터 데이터를 수신하거나 이것들에 데이터를 송신하거나 또는 양쪽으로 되도록 결합될 수도 있다. 컴퓨터 프로그램 명령어들 및 데이터를 구체화하는데 적절한 정보 캐리어들은 예로서 반도체 메모리 장치들, 예를 들어, 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(Magnetic Media), CD-ROM(Compact Disk Read Only Memory), DVD(Digital Video Disk)와 같은 광 기록 매체(Optical Media), 플롭티컬 디스크(Floptical Disk)와 같은 자기-광 매체(Magneto-Optical Media), 롬(ROM, Read Only Memory), 램(RAM, Random Access Memory), 플래시 메모리, EPROM(Erasable Programmable ROM), EEPROM(Electrically Erasable Programmable ROM) 등을 포함한다. 프로세서 및 메모리는 특수 목적 논리 회로조직에 의해 보충되거나, 이에 포함될 수 있다.
또한, 컴퓨터 판독가능 매체는 컴퓨터에 의해 액세스될 수 있는 임의의 가용매체일 수 있고, 컴퓨터 저장매체를 모두 포함할 수 있다.
본 명세서는 다수의 특정한 구현물의 세부사항들을 포함하지만, 이들은 어떠한 발명이나 청구 가능한 것의 범위에 대해서도 제한적인 것으로서 이해되어서는 안되며, 오히려 특정한 발명의 특정한 실시형태에 특유할 수 있는 특징들에 대한 설명으로서 이해되어야 한다. 개별적인 실시형태의 문맥에서 본 명세서에 기술된 특정한 특징들은 단일 실시형태에서 조합하여 구현될 수도 있다. 반대로, 단일 실시형태의 문맥에서 기술한 다양한 특징들 역시 개별적으로 또는, 어떠한 적절한 하위 조합으로도 복수의 실시형태에서 구현 가능하다. 나아가, 특징들이 특정한 조합으로 동작하고 초기에 그와 같이 청구된 바와 같이 묘사될 수 있지만, 청구된 조합으로부터의 하나 이상의 특징들은 일부 경우에 그 조합으로부터 배제될 수 있으며, 그 청구된 조합은 하위 조합이나 하위 조합의 변형물로 변경될 수 있다.
마찬가지로, 특정한 순서로 도면에서 동작들을 묘사하고 있지만, 이는 바람직한 결과를 얻기 위하여 도시된 그 특정한 순서나 순차적인 순서대로 그러한 동작들을 수행하여야 한다거나 모든 도시된 동작들이 수행되어야 하는 것으로 이해되어서는 안 된다. 특정한 경우, 멀티태스킹과 병렬 프로세싱이 유리할 수 있다. 또한, 상술한 실시형태의 다양한 장치 컴포넌트의 분리는 그러한 분리를 모든 실시형태에서 요구하는 것으로 이해되어서는 안되며, 설명한 프로그램 컴포넌트와 장치들은 일반적으로 단일의 소프트웨어 제품으로 함께 통합되거나 다중 소프트웨어 제품에 패키징 될 수 있다는 점을 이해하여야 한다.
한편, 본 명세서와 도면에 개시된 본 발명의 실시 예들은 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것에 지나지 않으며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시 예들 이외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형 예들이 실시 가능하다는 것은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.
100: 프로빙 시스템
110: 프로브 안테나
120: 전력 밀도 측정기
121: 증폭기
123: 고주파 제거기
125: 전력 밀도 연산기

Claims (19)

  1. 기판 및 상기 기판 위에 일정 선폭을 가지며 다각형, 또는 폐곡선의 형상으로 형성된 도체 전송 선로
    를 포함하고,
    상기 도체 전송 선로는,
    두 부분이 단절되어 서로 이격된 제1 전송 선로, 및 제2 전송 선로로 구분되며,
    상기 제1 전송 선로의 일단, 및 상기 제2 전송 선로의 일단으로 형성된 제1 수신 포트, 및
    상기 제1 전송 선로의 타단, 및 상기 제2 전송 선로의 타단으로 형성된 제2 수신 포트
    를 포함하는 프로브 안테나.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 수신 포트 및 상기 제2 수신 포트의 입력 임피던스는,
    상기 제1 전송 선로, 및 상기 제2 전송 선로의 길이에 따라 결정되는 프로브 안테나.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 도체 전송 선로는,
    상기 프로브 안테나에 입력되는 자기장에 의하여 루프 안테나로 동작하여 상기 제1 수신 포트 및 상기 제2 수신 포트에 상기 자기장의 세기에 비례하는 전위차를 생성하는 프로브 안테나.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 수신 포트는,
    상기 제2 수신 포트에서 출력되는 전위 차와 크기가 동일하고, 방향이 서로 반대인 전위 차를 생성하는 프로브 안테나.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 도체 전송 선로는,
    상기 프로브 안테나에 입력되는 전기장에 의하여 상기 제1 수신 포트 및 상기 제2 수신 포트를 포함하는 전송 선로의 영역들이 각각 서로 다른 다이폴 안테나들로 동작하여 상기 제1 수신 포트 및 상기 제2 수신 포트에 상기 전기장의 세기에 비례하는 전위차를 생성하는 프로브 안테나.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제1 수신 포트는,
    상기 제2 수신 포트에서 출력되는 전위 차와 크기 및 방향이 동일한 전위 차를 생성하는 프로브 안테나.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제1 수신 포트는,
    상기 제1 수신 포트에서 출력되는 자기장의 세기에 비례하는 전위차, 및 전기장의 세기에 비례하는 전위차를 합산하여 제1 출력 신호로 출력하고,
    상기 제2 수신 포트는,
    상기 제2 수신 포트에서 출력되는 자기장의 세기에 비례하는 전위차의 부호를 반전한 후, 전기장의 세기에 비례하는 전위차와 합산하여 제2 출력 신호로 출력하는 프로브 안테나.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제1 수신 포트는,
    상기 제1 수신 포트에서 출력되는 자기장의 세기에 비례하는 전위차의 부호를 반전한 후, 및 전기장의 세기에 비례하는 전위차를 합산하여 제1 출력 신호로 출력하고,
    상기 제2 수신 포트는,
    상기 제2 수신 포트에서 출력되는 자기장의 세기에 비례하는 전위차의 부호 및 전기장의 세기에 비례하는 전위차와 합산하여 제2 출력 신호로 출력하는 프로브 안테나.
  9. 기판 및 상기 기판 위에 일정 선폭을 가지며 다각형, 또는 폐곡선의 형상으로 형성된 도체 전송 선로를 포함하는 프로브 안테나; 및
    상기 프로브 안테나의 출력 신호들을 이용하여 상기 프로브 안테나가 위치한 전자기장의 전력 밀도를 측정하는 전력 밀도 측정기
    를 포함하고,
    상기 도체 전송 선로는,
    두 부분이 단절되어 서로 이격된 제1 전송 선로, 및 제2 전송 선로로 구분되며, 상기 제1 전송 선로의 일단, 및 상기 제2 전송 선로의 일단으로 형성된 제1 수신 포트, 및 상기 제1 전송 선로의 타단, 및 상기 제2 전송 선로의 타단으로 형성된 제2 수신 포트
    를 포함하고,
    상기 전력 밀도 측정기는,
    상기 제1 수신 포트에서 출력된 제1 출력 신호와 상기 제2 수신 포트에서 출력된 제2 출력 신호를 이용하여 전자기장의 전력 밀도를 측정하는 전력 밀도 연산기
    를 포함하는 프로빙 시스템.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 도체 전송 선로는,
    상기 프로브 안테나에 입력되는 자기장에 의하여 루프 안테나로 동작하여 상기 제1 수신 포트 및 상기 제2 수신 포트에 상기 자기장의 세기에 비례하는 전위차를 생성하고,
    상기 프로브 안테나에 입력되는 전기장에 의하여 상기 제1 수신 포트 및 상기 제2 수신 포트를 포함하는 전송 선로의 영역들이 각각 서로 다른 다이폴 안테나들로 동작하여 상기 제1 수신 포트 및 상기 제2 수신 포트에 상기 전기장의 세기에 비례하는 전위차를 생성하는 프로빙 시스템.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 프로브 안테나의 출력 신호들은 제1 출력 신호 및 제2 출력 신호를 포함하고,
    상기 제1 수신 포트는,
    상기 제1 수신 포트에서 출력되는 자기장의 세기에 비례하는 전위차, 및 전기장의 세기에 비례하는 전위차를 합산하여 제1 출력 신호로 출력하며,
    상기 제2 수신 포트는,
    상기 제2 수신 포트에서 출력되는 자기장의 세기에 비례하는 전위차의 부호를 반전한 후, 전기장의 세기에 비례하는 전위차와 합산하여 제2 출력 신호로 출력하는 프로빙 시스템.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 프로브 안테나의 출력 신호들은 제1 출력 신호 및 제2 출력 신호를 포함하고,
    상기 제1 수신 포트는,
    상기 제1 수신 포트에서 출력되는 자기장의 세기에 비례하는 전위차의 부호를 반전한 후, 및 전기장의 세기에 비례하는 전위차를 합산하여 제1 출력 신호로 출력하며,
    상기 제2 수신 포트는,
    상기 제2 수신 포트에서 출력되는 자기장의 세기에 비례하는 전위차의 부호 및 전기장의 세기에 비례하는 전위차와 합산하여 제2 출력 신호로 출력하는 프로빙 시스템.
  13. 제9항에 있어서,
    상기 전력 밀도 측정기는
    상기 제1 수신 포트에서 출력된 제1 출력 신호와 상기 제2 수신 포트에서 출력된 제2 출력 신호에서 각각 고주파 신호를 제거하여 직류 신호들을 추출하는 고주파 제거기
    를 더 포함하고,
    상기 전력 밀도 연산기는,
    상기 제1 출력 신호에서 추출한 직류 신호와 상기 제2 출력 신호에서 추출한 직류 신호를 서로 차감한 결과에 기초하여 상기 전자기장의 전력 밀도를 측정하는 프로빙 시스템.
  14. 기판 및 상기 기판 위에 일정 선폭을 가지며 다각형, 또는 폐곡선의 형상으로 형성된 도체 전송 선로를 포함하는 복수의 프로브 안테나들;
    상기 프로브 안테나들 각각으로부터 수신한 출력 신호들로부터 직류 신호들을 추출하는 인덕터들;
    상기 인덕터들 각각에서 추출된 직류 신호들을 순차적으로 선택하는 스위치; 및
    선택된 직류 신호들을 이용하여 상기 프로브 안테나가 위치한 전자기장의 전력 밀도를 측정하는 전력 밀도 연산기
    를 포함하고,
    상기 도체 전송 선로는,
    두 부분이 단절되어 서로 이격된 제1 전송 선로, 및 제2 전송 선로로 구분되며, 상기 제1 전송 선로의 일단, 및 상기 제2 전송 선로의 일단으로 형성된 제1 수신 포트, 및 상기 제1 전송 선로의 타단, 및 상기 제2 전송 선로의 타단으로 형성된 제2 수신 포트
    를 포함하고,
    상기 전력 밀도 연산기는,
    상기 제1 수신 포트에서 출력된 제1 출력 신호에서 추출한 직류 신호와 상기 제2 수신 포트에서 출력된 제2 출력 신호에서 추출한 직류 신호를 이용하여 전자기장의 전력 밀도를 측정하는 프로빙 시스템.
  15. 프로브 안테나로부터 자기장의 세기에 비례하는 전위차, 및 전기장의 세기에 비례하는 전위차에 따른 출력 신호들을 수신하는 단계; 및
    상기 출력 신호들을 이용하여 전자기장의 전력 밀도를 측정하는 단계
    를 포함하고,
    상기 프로브 안테나는,
    두 부분이 단절되어 서로 이격된 제1 전송 선로, 및 제2 전송 선로로 구분되며, 상기 제1 전송 선로의 일단, 및 상기 제2 전송 선로의 일단으로 형성된 제1 수신 포트, 및 상기 제1 전송 선로의 타단, 및 상기 제2 전송 선로의 타단으로 형성된 제2 수신 포트를 포함하여 기판위에 형성되는 도체 전송 선로를 포함하고,
    상기 도체 전송 선로는,
    상기 프로브 안테나에 입력되는 자기장에 의하여 루프 안테나로 동작하여 상기 제1 수신 포트 및 상기 제2 수신 포트에 상기 자기장의 세기에 비례하는 전위차를 생성하고,
    상기 프로브 안테나에 입력되는 전기장에 의하여 상기 제1 수신 포트 및 상기 제2 수신 포트를 포함하는 전송 선로의 영역들이 각각 서로 다른 다이폴 안테나들로 동작하여 상기 제1 수신 포트 및 상기 제2 수신 포트에 상기 전기장의 세기에 비례하는 전위차를 생성하는 전력 밀도 측정 방법.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 출력 신호들은 제1 출력 신호 및 제2 출력 신호를 포함하고,
    상기 제1 수신 포트는,
    상기 제1 수신 포트에서 출력되는 자기장의 세기에 비례하는 전위차, 및 전기장의 세기에 비례하는 전위차를 합산하여 제1 출력 신호로 출력하며,
    상기 제2 수신 포트는,
    상기 제2 수신 포트에서 출력되는 자기장의 세기에 비례하는 전위차의 부호를 반전한 후, 전기장의 세기에 비례하는 전위차와 합산하여 제2 출력 신호로 출력하는 전력 밀도 측정 방법.
  17. 제15항에 있어서,
    상기 출력 신호들은 제1 출력 신호 및 제2 출력 신호를 포함하고,
    상기 제1 수신 포트는,
    상기 제1 수신 포트에서 출력되는 자기장의 세기에 비례하는 전위차의 부호를 반전한 후, 및 전기장의 세기에 비례하는 전위차를 합산하여 제1 출력 신호로 출력하며,
    상기 제2 수신 포트는,
    상기 제2 수신 포트에서 출력되는 자기장의 세기에 비례하는 전위차의 부호 및 전기장의 세기에 비례하는 전위차와 합산하여 제2 출력 신호로 출력하는 전력 밀도 측정 방법.
  18. 제15항에 있어서,
    상기 제1 수신 포트에서 출력된 제1 출력 신호와 상기 제2 수신 포트에서 출력된 제2 출력 신호에서 각각 고주파 신호를 제거하여 직류 신호들을 추출하는 단계
    를 더 포함하고,
    상기 전력 밀도를 측정하는 단계는,
    상기 제1 출력 신호에서 추출한 직류 신호와 상기 제2 출력 신호에서 추출한 직류 신호를 서로 차감한 결과에 기초하여 상기 전자기장의 전력 밀도를 측정하는 전력 밀도 측정 방법.
  19. 제15항 내지 제18항 중 어느 한 항의 방법을 실행하기 위한 프로그램이 기록된 컴퓨터에서 판독 가능한 기록 매체.
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114460386B (zh) * 2022-04-13 2022-07-01 山东科技大学 基于对称双间隙环天线的开关瞬态电磁场同步测量探头

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002057523A (ja) 2000-07-10 2002-02-22 Alcatel 導電層を有するアンテナおよびアンテナを含む２帯域送信器
JP2015226150A (ja) 2014-05-27 2015-12-14 京セラ株式会社 アンテナ、アンテナ基板および燃焼補助装置

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0501169B1 (de) 1991-02-25 1995-08-23 Asea Brown Boveri Ag Feldstärkenmessgerät
JPH07297628A (ja) * 1994-04-25 1995-11-10 Honda Motor Co Ltd マイクロストリップ・パッチアンテナ
JP3039429B2 (ja) * 1997-03-26 2000-05-08 日本電気株式会社 磁界プローブ、並びにこれを用いた磁界測定方法及び電界測定方法
KR100255563B1 (ko) * 1997-11-17 2000-05-01 정선종 평면일체형 전자계프로브
JP4462388B2 (ja) * 2007-12-20 2010-05-12 株式会社村田製作所 無線ｉｃデバイス
US8305282B2 (en) 2010-07-23 2012-11-06 Amplifier Research Corporation Field probe
KR20120061451A (ko) 2010-12-03 2012-06-13 한국전자통신연구원 근역장 안테나
KR20120072223A (ko) 2010-12-23 2012-07-03 한국전자통신연구원 표준근역장 발생용 4단자 스트립라인 셀
US9157954B2 (en) * 2011-06-03 2015-10-13 Apple Inc. Test system with temporary test structures
TWI540322B (zh) 2012-09-08 2016-07-01 西凱渥資訊處理科技公司 關於近場電磁探針及掃描器之系統，裝置及方法
US9337941B2 (en) * 2014-06-20 2016-05-10 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy Antenna systems and methods for over-the-air transmitter signal measurement
US10038247B2 (en) * 2015-07-02 2018-07-31 Mission Microwave Technologies, Llc Systems and methods for differential dipole-based waveguide power combining

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002057523A (ja) 2000-07-10 2002-02-22 Alcatel 導電層を有するアンテナおよびアンテナを含む２帯域送信器
JP2015226150A (ja) 2014-05-27 2015-12-14 京セラ株式会社 アンテナ、アンテナ基板および燃焼補助装置

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