KR20130003369A - 전자파 표준 발생장치의 해석 알고리즘 생성 장치 및 방법 - Google Patents

전자파 표준 발생장치의 해석 알고리즘 생성 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전자파 표준 발생장치의 해석 알고리즘 생성 기술에 관한 것으로, 전자파적합성(EMC) 분야에서 표준 전자파 발생장치로 사용되는 TEM 셀의 테이퍼 영역이나 GTEM 셀의 단면 구조에서 셀 내부에서의 TEM 모드 분포를 부수된 르장드르 함수(Associated Legendre Function)와 모드 정합 기법을 이용하여 해석하고 이를 기반으로 TEM 셀 및 GTEM 셀의 구조를 해석 및 설계하는 알고리즘을 생성하는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 의하면, TEM 및 GTEM 셀 구조를 설계할 수 있는 알고리즘을 생성할 수 있으며, 이 알고리즘에 의한 해석 결과는 엄밀한 해석적인 해로서 수렴이 빠르고 수치 계산을 효율적으로 수행할 수 있으므로, TEM 셀의 테이퍼 영역이나 GTEM 셀 설계 및 성능 분석에 유용하게 사용할 수 있다.

Description

전자파 표준 발생장치의 해석 알고리즘 생성 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR GENERATING ANALYSIS ALGORITHM OF ELECTROMAGNETIC FIELD GENERATOR}
본 발명은 전자파 표준 발생 기술에 관한 것으로서, 특히 전자파적합성(EMC: ElectroMagnetic Compatibility) 분야에서 표준 전자파 발생장치로 사용되는 GTEM(Giga hertz Transverse ElectroMagnetic) 셀(Cell) 및 TEM(Transverse ElectroMagnetic) 셀의 테이퍼 영역에 대한 구조 해석 및 설계에 사용할 수 있는 해석 알고리즘을 생성하는데 적합한 전자파 표준 발생장치의 해석 알고리즘 생성 장치 및 방법에 관한 것이다.
최근 전기·전자 및 정보화 기술의 급속한 발전으로 다양한 전자 기기들이 넘쳐나고 있으며, 이에 다양한 전자 기기들이 발생시키는 수많은 전자파 잡음 환경 속에서 살아가고 있다.
이들 장비에서 발생하는 전자파는 인체에 장해를 일으킬 뿐 아니라 기기들 서로 간에도 영향을 주어 오동작 내지는 고장을 유발시키기 한다. 이러한 문제점을 해결하기 위하여 불필요한 전자파의 방출을 규제치 이하로 억제하고, 일정한 규제치의 전자파 환경 속에서 장해를 받지 않고 정상적인 동작을 할 수 있도록 내성을 강화시키는 전자파적합성(EMC) 연구가 활발히 진행되고 있다. 이러한 EMC 연구를 위한 측정 장비로 도 1에 도시한 바와 같이 TEM 셀(a), GTEM 셀(b) 등과 같은 다양한 형태의 전자파 발생장치가 사용되고 있다.
한편, TEM 셀의 테이퍼 영역(tapered section)이나 GTEM 셀은 도 1에 도시한 바와 같이 직사각 피라미드형 구조로 되어 있으며 내부에 하나의 격벽(septum)을 갖고 있다.
도 2는 임의의 위치에 하나의 격벽이 있는 TEM 셀의 테이퍼 영역 혹은 GTEM 셀의 구조를 도시한 도면이다.
도 2를 참조하면, TEM 셀의 테이퍼 영역 혹은 GTEM 셀은 직사각 피라미드형 구조의 내부에 포함된 격벽 구조를 바탕으로 격벽과 외부 도체 사이에 TEM 평면파를 생성한다. 비대칭적 구조의 TEM 및 GTEM 셀의 경우 내부의 도체를 셀의 중심에서 상단이나 하단으로 이동 시켜 위치 시킨다.
이 경우, 대칭적 구조에 비해 전자파 균일도는 저하되지만, 피 시험체가 위치한 전자파 균일 영역이 넓어지기 때문에 높은 사용 주파수 대역을 가질 수 있다는 장점이 있다. 이러한 TEM 및 GTEM 셀의 TEM 모드 및 고차 모드 차단 주파수 해석의 경우 다양한 방법이 연구되고 있다.
상기한 바와 같이 동작하는 종래 기술에 의한 전자파 표준 발생장치의 해석 방식에 있어서, TEM 및 GTEM 셀의 TEM 모드 및 고차 모드에 대해 다양한 차단 주파수 해석 방식이 연구되고 있으나, 수치해석 방법을 포함한 기존의 해석 방식은 계산량이 많으므로 계산 속도 및 정확성이 떨어진다는 문제점이 있었다.
이에 본 발명의 실시예는, 전자파적합성(EMC) 분야에서 표준 전자파 발생장치로 사용되는 GTEM 셀 및 TEM 셀의 테이퍼 영역(Tapered Section)에 대한 구조 해석 및 설계에 사용하는 해석 알고리즘을 생성할 수 있는 전자파 표준 발생장치의 해석 알고리즘 생성 장치 및 방법을 제공할 수 있다.
또한 본 발명의 실시예는, 임의의 위치에 하나의 격벽이 있는 TEM 및 GTEM 셀의 단면 구조에 대해 모드 정합(mode matching) 기법을 이용하여 해석 및 구조 설계를 위한 알고리즘을 생성할 수 있는 전자파 표준 발생장치의 해석 알고리즘 생성 장치 및 방법을 제공할 수 있다.
또한 본 발명의 실시예는, 전자파 발생장치로 사용되는 TEM 셀의 테이퍼 영역이나 GTEM 셀의 단면 구조에서 셀 내부에서의 TEM 모드 분포를 부수된 르장드르 함수(Associated Legendre Function)와 모드 정합(Mode-matching) 기법을 이용하여 해석하고 이를 기반으로 TEM 셀 및 GTEM 셀 구조를 설계하는 알고리즘을 생성할 수 있는 전자파 표준 발생장치의 해석 알고리즘 생성 장치 및 방법을 제공할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전자파 표준 발생장치의 해석 알고리즘 생성 장치는, TEM 셀 또는 GTEM 셀의 정보를 입력 받는 수치 입력부와, 상기 수치 입력부로부터 전달 받은 정보를 토대로 부수된 르장드르 함수(Associated Legendre Function)와 모드 정합 기법을 이용하여 TEM 모드를 해석하는 알고리즘을 생성하는 알고리즘 생성부를 포함할 수 있다.
그리고 상기 알고리즘 생성부는, TEM 셀의 테이퍼 영역이나 GTEM 셀의 단면구조 내 도체와 외벽 사이를 상하좌우 4개 영역으로 나누어 해석할 수 있다.
그리고 상기 알고리즘 생성부는, 상기 4개 영역을 라플라스 방정식 (Laplace's Equation)을 이용하여 정전기 포텐셜(electrostatic potential)을 산출할 수 있다.
그리고 상기 알고리즘 생성부는, 기 4개 영역의 정전기 포텐셜을 6개의 이산 모드 계수로 나타내고, 상기 이산 모드 계수들은 상기 도체의 상하 경계 면에서 디리클레(Dirichlet) 경계조건과 노이만(Neumann) 경계조건을 적용하여 6개의 연립 방정식을 도출할 수 있다.
그리고 상기 알고리즘 생성부는, 상기 4개 영역 중 상 영역과 좌우 영역 사이에 상기 디리클레 경계 조건을 적용할 수 있다.
그리고 상기 알고리즘 생성부는, 상기 4개 영역 중 하 영역과 좌우 영역 사이에 상기 디리클레 경계 조건을 적용할 수 있다.
그리고 상기 알고리즘 생성부는, 상기 4개 영역 중 상 영역과 좌 영역 사이와, 상기 상 영역과 우 영역 사이에 상기 노이먼 경계 조건을 적용할 수 있다.
그리고 상기 알고리즘 생성부는, 상기 4개 영역 중 하 영역과 좌 영역 사이와, 상기 하 영역과 우 영역 사이에 상기 노이먼 경계 조건을 적용할 수 있다.
그리고 상기 알고리즘 생성부는, 상기 6개의 연립 방정식을 행렬 방정식으로 산출하고, 상기 행렬 방정식으로 6개의 이산 모드 계수를 구하여 상기 정전기 포텐셜을 산출할 수 있다.
그리고 상기 해석 알고리즘 생성 장치는, 기 설정된 수치 또는 정의된 조건이 포함된 정보를 상기 알고리즘 생성부로 전달하는 수치 설정부를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전자파 표준 발생장치의 해석 알고리즘 생성 방법은, TEM 셀 또는 GTEM 셀의 정보를 전달 받는 과정과, 상기 전달 받은 정보를 토대로 부수된 르장드르 함수(Associated Legendre Function)와 모드 정합 기법을 이용하여 TEM 모드를 해석하는 알고리즘을 생성하는 과정을 포함할 수 있다.
그리고 상기 알고리즘을 생성하는 과정은, TEM 셀의 테이퍼 영역이나 GTEM 셀의 단면구조 내 도체와 외벽 사이를 상하좌우 4개 영역으로 나누어 해석할 수 있다.
그리고 상기 알고리즘을 생성하는 과정은, 상기 4개 영역을 라플라스 방정식을 이용하여 정전기 포텐셜을 산출할 수 있다.
그리고 상기 알고리즘을 생성하는 과정은,
상기 4개 영역의 정전기 포텐셜을 6개의 이산 모드 계수로 나타내고, 상기 이산 모드 계수들은 상기 도체의 상하 경계 면에서 디리클레(Dirichlet) 경계조건과 노이만(Neumann) 경계조건을 적용하여 6개의 연립 방정식을 도출할 수 있다.
그리고 상기 알고리즘을 생성하는 과정은, 상기 4개 영역 중 상 영역과 좌우 영역 사이에 상기 디리클레 경계 조건을 적용할 수 있다.
그리고 상기 알고리즘을 생성하는 과정은, 상기 4개 영역 중 하 영역과 좌우 영역 사이에 상기 디리클레 경계 조건을 적용할 수 있다.
그리고 상기 알고리즘을 생성하는 과정은, 상기 4개 영역 중 상 영역과 좌 영역 사이와, 상기 상 영역과 우 영역 사이에 상기 노이먼 경계 조건을 적용할 수 있다.
그리고 상기 상기 알고리즘을 생성하는 과정은, 상기 4개 영역 중 하 영역과 좌 영역 사이와, 상기 하 영역과 우 영역 사이에 상기 노이먼 경계 조건을 적용할 수 있다.
그리고 상기 알고리즘을 생성하는 과정은, 상기 6개의 연립 방정식을 행렬 방정식으로 산출하고, 상기 행렬 방정식으로 6개의 이산 모드 계수를 구하여 상기 정전기 포텐셜을 산출할 수 있다.
그리고 상기 해석 알고리즘 생성 방법은, 설정된 수치 또는 정의된 조건이 포함된 정보를 전달 받는 과정을 더 포함할 수 있다.
상기와 같은 본 발명의 실시예에 따른 전자파 표준 발생장치의 해석 알고리즘 생성 장치 및 방법에 따르면 다음과 같은 효과가 하나 혹은 그 이상이 있다.
본 발명의 실시예에 따른 전자파 표준 발생장치의 해석 알고리즘 생성 장치 및 방법에 의하면, 전자파 발생장치로 사용되는 TEM 셀의 테이퍼 영역이나 GTEM 셀의 단면 구조에서 셀 내부에서의 TEM 모드 분포를 부수된 르장드르 함수(Associated Legendre Function)와 모드 정합 기법을 이용하여 해석하고 TEM 및 GTEM 셀 구조를 설계할 수 있는 알고리즘을 생성할 수 있으며, 이 알고리즘에 의한 해석 결과는 엄밀한 해석적인 해로서 수렴이 빠르고 수치 계산을 효율적으로 수행할 수 있다.
그리고 종래의 수치해석(numerical method) 결과 보다 정확한 해석 및 설계가 가능할 뿐만 아니라 해석 시간을 줄일 수 있으므로, TEM 셀의 테이퍼 영역이나 GTEM 셀 설계 및 성능 분석에 유용하게 사용할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 일반적인 TEM 셀 및 GTEM 셀 구조를 도시한 도면,
도 2는 임의의 위치에 하나의 격벽이 있는 TEM 셀의 테이퍼 영역 혹은 GTEM 셀의 구조를 도시한 도면,
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 전자파 발생 장치의 단면 구조에 대해 TEM 모드 해석을 수행하기 위한 알고리즘 생성 장치의 구조를 도시한 블록도,
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 GTEM 셀 해석을 위한 구조의 단면을 도시한 도면,
도 5는 각각의 격벽 두께(αd = 89.7°)에 따른 포텐셜의 분포를 나타내고, 그에 따른 전장의 분포를 단면
Figure pat00001
에서 화살표로 나타낸 도면
도 6은 격벽 두께(αd = 87°)에 따른 포텐셜의 분포 및 그에 따른 전장의 분포를 단면
Figure pat00002
에서 화살표로 나타낸 도면.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
본 발명의 실시예들을 설명함에 있어서 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명의 실시예에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
첨부된 블록도의 각 블록과 흐름도의 각 단계의 조합들은 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들에 의해 수행될 수도 있다. 이들 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들은 범용 컴퓨터, 특수용 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비의 프로세서에 탑재될 수 있으므로, 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비의 프로세서를 통해 수행되는 그 인스트럭션들이 블록도의 각 블록 또는 흐름도의 각 단계에서 설명된 기능들을 수행하는 수단을 생성하게 된다. 이들 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들은 특정 방식으로 기능을 구현하기 위해 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비를 지향할 수 있는 컴퓨터 이용 가능 또는 컴퓨터 판독 가능 메모리에 저장되는 것도 가능하므로, 그 컴퓨터 이용가능 또는 컴퓨터 판독 가능 메모리에 저장된 인스트럭션들은 블록도의 각 블록 또는 흐름도 각 단계에서 설명된 기능을 수행하는 인스트럭션 수단을 내포하는 제조 품목을 생산하는 것도 가능하다. 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들은 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비 상에 탑재되는 것도 가능하므로, 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비 상에서 일련의 동작 단계들이 수행되어 컴퓨터로 실행되는 프로세스를 생성해서 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비를 수행하는 인스트럭션들은 블록도의 각 블록 및 흐름도의 각 단계에서 설명된 기능들을 실행하기 위한 단계들을 제공하는 것도 가능하다.
또한, 각 블록 또는 각 단계는 특정된 논리적 기능(들)을 실행하기 위한 하나 이상의 실행 가능한 인스트럭션들을 포함하는 모듈, 세그먼트 또는 코드의 일부를 나타낼 수 있다. 또, 몇 가지 대체 실시예들에서는 블록들 또는 단계들에서 언급된 기능들이 순서를 벗어나서 발생하는 것도 가능함을 주목해야 한다. 예컨대, 잇달아 도시되어 있는 두 개의 블록들 또는 단계들은 사실 실질적으로 동시에 수행되는 것도 가능하고 또는 그 블록들 또는 단계들이 때때로 해당하는 기능에 따라 역순으로 수행되는 것도 가능하다.
본 발명의 실시예는 전자파적합성(EMC) 분야에서 표준 전자파 발생장치로 사용되는 GTEM 셀 및 TEM 셀의 테이퍼 영역(Tapered Section)에 대한 구조 해석 및 설계에 사용하는 해석 알고리즘을 생성하는 것으로서, 셀 내부에서의 TEM 모드 분포를 부수된 르장드르 함수(Associated Legendre Function)와 모드 정합 기법을 이용하여 해석하고 이를 기반으로 TEM 셀 및 GTEM 셀 구조를 설계하는 알고리즘을 생성하는 것이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 전자파 발생 장치의 단면 구조에 대해 TEM 모드 해석을 수행하기 위한 알고리즘 생성 장치의 구조를 도시한 블록도이다.
도 3을 참조하면, 알고리즘 생성 장치(300)는 TEM 셀 및 GTEM 셀 정보를 토대로 TEM 모드 분포를 해석하고 이를 기반으로 TEM 셀 및 GTEM 셀의 구조를 해석 및 설계하는 알고리즘을 생성하는 것으로서, 알고리즘 생성 소프트웨어 혹은 알고리즘 생성 소프트웨어가 설치된 다양한 컴퓨팅 장치가 될 수 있다.
이러한 알고리즘 생성 장치(300)는 수치 입력부(302), 수치 설정부(304), TEM 모드 해석부(306) 등을 포함할 수 있다.
구체적으로 수치 입력부(302)는 TEM 셀 및 GTEM 셀에 대한 수치를 입력 받는 것으로서, 사용자로부터 TEM 셀의 테이퍼 영역이나 GTEM 셀의 단면 구조 정보, 즉, 폭, 높이, 내부에 형성된 격벽에 대한 폭, 두께, 격벽이 상하 좌우 대칭 인지 또는 비대칭 인지 여부 등을 입력 받을 수 있다.
수치 설정부(304)는 입력된 수치 외에 필요한 수치 또는 정의된 조건을 설정하는 것으로서, 기 설정된 수치를 반영하거나, 사용자에 의해 설정될 수 있다.
예를 들어, 각각의 영역은 파수(Wave Number)가 k(=
Figure pat00003
)인 공기로 이루진 것으로 가정할 수 있으며, 자유공간의 유전율과 투자율, 계수, 가중치 등을 설정할 수 있다.
TEM 모드 해석부(306)는 알고리즘 생성부로서, 수치 입력부(302)로부터 TEM 셀 및 GTEM 셀에 대한 정보를 전달 받고, 수치 설정부(304)로부터 설정된 수치 정보를 전달 받을 수 있다. 이에 수치 입력부(302) 및 수치 설정부(304)로부터 전달 받은 정보를 토대로 TEM 셀 및 GTEM 셀 구조, 즉 전자파 발생 장치의 단면 구조에 대해 TEM 모드 해석을 수행할 수 있다.
구체적으로 TEM 모드 해석부(306)는 셀 내부에서의 TEM 모드 분포를 부수된 르장드르 함수(Associated Legendre Function)와 모드 정합 기법을 이용하여 해석하고 이를 기반으로 TEM 셀 및 GTEM 셀 구조를 설계하는 알고리즘을 생성할 수 있다.
이에 TEM 모드 해석부(106)는 생성된 알고리즘을 셀 설계 및 성능 분석부(350)로 전달할 수 있으며, 셀 설계 및 성능 분석부(350)에서는 전달 받은 알고리즘을 통해 TEM 셀 및 GTEM 셀의 구조를 해석 및 설계할 수 있다.
한편, 도 3에서는 알고리즘 생성 장치(300) 및 셀 설계 및 성능 분석부(350)를 각각 다른 장치로 나타내었으나, 하나의 시스템 내 기능 블록으로 구성될 수도 있음은 물론이다.
이에 하기에서는 TEM 모드 해석부(306)에서의 알고리즘 생성 방식을 예로 들어 상세히 설명하기로 한다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 GTEM 셀 해석을 위한 구조의 단면을 도시한 도면이다.
도 4를 참조하면, TEM 셀의 테이퍼 영역이나 GTEM 셀의 단면구조로서, 폭이 |
Figure pat00004
2+
Figure pat00005
1| 이고 높이 |α2-α1|인 GTEM 셀의 단면을 나타낸 것으로
Figure pat00006
,
Figure pat00007
방향의 각도가 일정하다고 가정한다. 내부에는 폭이 |l2+l1|, 두께가 |αd - α0|인 하나의 격벽이 임의의 위치에 자리하고 있다. 따라서 격벽이 상하 좌우 대칭인 경우와 비대칭인 경우 모두 해석을 가능하게 할 수 있다.
그리고 TEM 셀의 테이퍼 영역이나 GTEM 셀의 단면구조를 총 4개의 영역(Ⅰ, Ⅱ, Ⅲ, Ⅳ)으로 나누어 해석할 수 있다. 각각의 영역은 파수가 k (=
Figure pat00008
) 인 공기로 이루어져 있고, 진행하는 파동(wave)은 도 2의 구좌표계(r,
Figure pat00009
,
Figure pat00010
)에서 r(200) 방향으로 전파된다고 가정할 수 있다. 이를 토대로 전자파 발생 장치의 r이 일정한 단면 구조에 대해 TEM 모드 해석을 수행할 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예에서는 자유공간의 유전율과 투자율
Figure pat00011
Figure pat00012
,
Figure pat00013
Figure pat00014
의 첨자를 생략하여 표기하였다.
TEM 파동은 도 2의 좌표계에서 원점을 중심으로 외부로 향하는 방향, 즉 r(200) 방향으로 진행한다고 가정할 수 있다. 각 영역은 라플라스 방정식(Laplace's equation)을 이용하여 정전기 포텐셜(electrostatic potential)
Figure pat00015
로 자세히 표현할 수 있다.
영역 (I)은 하기 <수학식 1>과 같다.
Figure pat00016
여기서,
Figure pat00017
이다.
그리고
Figure pat00018
와
Figure pat00019
는 각각 부수된 르장드르 함수(Associated Legendre Function)의 1종과 2종을 나타낸다.
영역 (II)는 하기 <수학식 2>와 같다.
Figure pat00020
여기서,
Figure pat00021
이다.
영역 (III) 은 하기 <수학식 3>과 같다.
Figure pat00022
여기서,
Figure pat00023
이다.
영역 (IV) 는 하기 <수학식 4>와 같다.
Figure pat00024
여기서,
Figure pat00025
이다.
이에 미지의 이산 모드 계수인 Ap, Bs, Cs, Dr, Er, Fp를 사용하여 4개 영역의 정전기 포텐셜을 표현할 수 있다.
이 미지의 계수들은 경계 면인
Figure pat00026
=α0 와
Figure pat00027
=αd에서 디리클레(Dirichlet) 경계조건과 노이만(Neumann) 경계조건을 적용하여 6개의 연립 방정식을 도출할 수 있다.
먼저 영역 (I)과 영역 (II), 영역(III) 사이에서 디리클레(Dirichlet) 경계조건을 적용하면 다음 <수학식 5>와 같다.
Figure pat00028
<수학식 5>에 <수학식 1내지 3>을 대입하고
Figure pat00029
=αd를 넣으면, 다음과 같은 <수학식 6>을 얻을 수 있다.
Figure pat00030
상기 <수학식 6>에 직교성(orthogonality)을 이용하기 위해 양변에
Figure pat00031
(q=1,2,3,…)를 곱하고
Figure pat00032
에서 적분하며, 다음 <수학식 7>과 같다.
Figure pat00033
그리고 상기 <수학식 7>을 계산하면, 다음 <수학식 8>과 같은 결과 식을 얻을 수 있다.
Figure pat00034
여기서, δpq는 크로네커 델타(Kronecker delta),
Figure pat00035
,
Figure pat00036
,
Figure pat00037
,
Figure pat00038
,
그리고
Figure pat00039
=α0에서 영역 (IV)와 영역 (II), (III) 사이에서 디리클레 (Dirichlet) 경계조건을 적용하면 다음 <수학식 9>와 같다.
Figure pat00040
상기 <수학식 9>에 <수학식 2, 3, 4>를 대입하고
Figure pat00041
=α0를 넣으면 다음 <수학식 10>과 같다.
Figure pat00042
상기 <수학식 10>에 직교성을 이용하기 위해 양변에
Figure pat00043
(q=1,2,3,…)를 곱하고
Figure pat00044
에서 적분하면 다음 <수학식 11>과 같다.
Figure pat00045
상기 <수학식 11>을 계산하면 다음 <수학식 12>를 얻을 수 있다.
Figure pat00046
다음으로 영역 (I)과 영역 (II) 사이에 노이먼(Neumann) 경계 조건(
Figure pat00047
)을 적용하면 다음 <수학식 13>과 같다.
Figure pat00048
상기 <수학식 13>에 상기 <수학식 1, 2>를
Figure pat00049
에 관해 미분해서
Figure pat00050
=αd를 대입하면 다음 <수학식 14>와 같다.
Figure pat00051
Figure pat00052
상기 <수학식 14>에 직교성을 이용하기 위해 양변에
Figure pat00053
를 곱하고
Figure pat00054
에서 적분을 수행하면, 다음 <수학식 15>와 같다.
Figure pat00055
상기 <수학식 15>를 계산하면 다음 <수학식 16>과 같은 결과 식을 얻을 수 있다.
Figure pat00056
여기서
Figure pat00057
이다.
다음으로 영역 (I)과 영역 (III) 사이의 노이먼(Neumann) 경계 조건(
Figure pat00058
)을 적용하면 다음 <수학식 17>과 같다.
Figure pat00059
상기 <수학식 17>에 <수학식 1, 3>을
Figure pat00060
에 관해 미분해서
Figure pat00061
=αd를 대입하면 다음 <수학식 18>과 같다.
Figure pat00062
상기 <수학식 18>에서 직교성을 이용하기 위해
Figure pat00063
를 곱하고
Figure pat00064
구간에서 적분하면 다음 <수학식 19>와 같은 결과 식을 얻을 수 있다.
Figure pat00065
위의 방식과 유사한 방법으로 영역 (IV)와 영역 (II), 영역 (IV)와 영역 (III) 사이에서 노이먼(Neumann) 경계 조건(
Figure pat00066
)을 적용하고 직교성을 이용하여 간략화 하면, 다음 <수학식 20, 21>과 같은 결과 식들을 각각 얻을 수 있다.
Figure pat00067
Figure pat00068
여기서,
Figure pat00069
이다.
위의 <수학식 8, 12, 16, 19, 20, 21>로부터 6개의 미지 계수에 대한 최종 연립 방정식을 얻을 수 있다. 이를 행렬 방정식으로 표현하면 다음 <수학식 22>와 같다.
Figure pat00070
상기 <수학식 22>의 행렬 방정식 각각에 대한 행렬 요소는 다음과 같다.
Figure pat00071
Figure pat00072
상기 <수학식 22>의 행렬 방정식을 이용하여 미지계수를 구하고 이를 통해 각 모드별 GTEM 셀 내부의 포텐셜 분포를 얻을 수 있다.
한편, 생성된 알고리즘(수식포함)의 성능을 점검하기 위해 사용된 모든 계산에서
Figure pat00073
로 가정하였다. 먼저 TEM 모드의 경우 앞에서 구한 이론을 바탕으로 행렬 이론 등 수학적 방법을 이용하여 프로그램으로 작성할 수 있다.
예를 들어, 본 발명의 실시예에서는 비대칭 위치에 격벽이 있는 구조에 대해서 계산을 수행하였다. 이때 격벽의 두께를 하나는 얇은 것으로, 나머지는 두꺼운 것으로 계산하였으며, 계산에 사용한 GTEM 셀의 구조는 격벽이 얇은 것은 α0= 90°, α1= 78°, α2= 96°, αd= 89.7°,
Figure pat00074
1=
Figure pat00075
2=15°, l1=l2=9.75°, V0=1 이고, 격벽이 두꺼운 것은 전자와 동일한 구조에 격벽의 두께만 αd = 87°로 설정하여 계산을 수행하였다. 사용된 모드의 개수는 영역 (I)과 영역 (IV)는 10개를 사용하였고 영역 (II), (III)의 경우는 2개를 사용하였다.
| A p R p ( cos θ)|
p=1 0.610867
p=3 0.0427918
p=5 0.00371483
p=7 0.00297096
p=9 0.000706794
상기 (표 1)은 TEM 모드(αd = 89.7°, θ=85)에서 |ApRp(cosθ)| 값을 나타낸 것으로서, |ApRp(cosθ)| 값이 매우 빠르게 수렴되고 있는 것을 보여주고 있다.
도 5 내지 도 6은 각각의 격벽 두께(αd= 89.7°, 87°)에 따른 포텐셜(Equipotential line)의 분포(a)를 나타내고, 그에 따른 전장(E-field)의 분포(b)를 r이 일정한 단면
Figure pat00076
에서 화살표로 나타낸 도면이다.
도 5 내지 도 6을 참조하면, 격벽 두께에 따른 포텐셜 분포(a)를 확인할 수 있으며, 이에 따라 각 격벽 두께별로 전장의 분포(b) 여부를 명확하게 확인할 수 있다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 전자파 표준 발생장치의 해석 알고리즘 생성 장치 및 방법은, 전자파적합성(EMC) 분야에서 표준 전자파 발생장치로 사용되는 TEM 셀의 테이퍼 영역이나 GTEM 셀의 단면 구조에서 셀 내부에서의 TEM 모드 분포를 부수된 르장드르 함수(Associated Legendre Function)와 모드 정합 기법을 이용하여 해석하고 이를 기반으로 TEM 셀 및 GTEM 셀의 구조를 해석 및 설계하는 알고리즘을 생성한다.
한편 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되지 않으며, 후술되는 특허청구의 범위뿐만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
300: 알고리즘 생성 장치 302: 수치 입력부
304: 수치 설정부 306: TEM 모드 해석부
350: 셀 설계 및 성능 분석부

Claims (20)

  1. TEM 셀 또는 GTEM 셀의 정보를 입력 받는 수치 입력부와,
    상기 수치 입력부로부터 전달 받은 정보를 토대로 부수된 르장드르 함수(Associated Legendre Function)와 모드 정합 기법을 이용하여 TEM 모드를 해석하는 알고리즘을 생성하는 알고리즘 생성부
    를 포함하는 전자파 표준 발생장치의 해석 알고리즘 생성 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 알고리즘 생성부는,
    TEM 셀의 테이퍼 영역이나 GTEM 셀의 단면구조 내 도체와 외벽 사이를 상하좌우 4개 영역으로 나누어 해석하는 것을 특징으로 하는 전자파 표준 발생장치의 해석 알고리즘 생성 장치.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 알고리즘 생성부는,
    상기 4개 영역을 라플라스 방정식을 이용하여 정전기 포텐셜을 산출하는 것을 특징으로 하는 전자파 표준 발생장치의 해석 알고리즘 생성 장치.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 알고리즘 생성부는,
    상기 4개 영역의 정전기 포텐셜을 6개의 이산 모드 계수로 나타내고, 상기 이산 모드 계수들은 상기 도체의 상하 경계 면에서 디리클레(Dirichlet) 경계조건과 노이만(Neumann) 경계조건을 적용하여 6개의 연립 방정식을 도출하는 것을 특징으로 하는 전자파 표준 발생장치의 해석 알고리즘 생성 장치.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 알고리즘 생성부는,
    상기 4개 영역 중 상 영역과 좌우 영역 사이에 상기 디리클레 경계 조건을 적용하는 것을 특징으로 하는 전자파 표준 발생장치의 해석 알고리즘 생성 장치.
  6. 제 4항에 있어서,
    상기 알고리즘 생성부는,
    상기 4개 영역 중 하 영역과 좌우 영역 사이에 상기 디리클레 경계 조건을 적용하는 것을 특징으로 하는 전자파 표준 발생장치의 해석 알고리즘 생성 장치.
  7. 제 4항에 있어서,
    상기 알고리즘 생성부는,
    상기 4개 영역 중 상 영역과 좌 영역 사이와, 상기 상 영역과 우 영역 사이에 상기 노이먼 경계 조건을 적용하는 것을 특징으로 하는 전자파 표준 발생장치의 해석 알고리즘 생성 장치.
  8. 제 4항에 있어서,
    상기 알고리즘 생성부는,
    상기 4개 영역 중 하 영역과 좌 영역 사이와, 상기 하 영역과 우 영역 사이에 상기 노이먼 경계 조건을 적용하는 것을 특징으로 하는 전자파 표준 발생장치의 해석 알고리즘 생성 장치.
  9. 제 3항에 있어서,
    상기 알고리즘 생성부는,
    상기 6개의 연립 방정식을 행렬 방정식으로 산출하고,
    상기 행렬 방정식으로 6개의 이산 모드 계수를 구하여 상기 정전기 포텐셜을 산출하는 것을 특징으로 하는 전자파 표준 발생장치의 해석 알고리즘 생성 장치.
  10. 제 1항에 있어서,
    상기 해석 알고리즘 생성 장치는,
    기 설정된 수치 또는 정의된 조건이 포함된 정보를 상기 알고리즘 생성부로 전달하는 수치 설정부
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전자파 표준 발생장치의 해석 알고리즘 생성 장치.
  11. TEM 셀 또는 GTEM 셀의 정보를 전달 받는 과정과,
    상기 전달 받은 정보를 토대로 부수된 르장드르 함수(Associated Legendre Function)와 모드 정합 기법을 이용하여 TEM 모드를 해석하는 알고리즘을 생성하는 과정을 포함하는 전자파 표준 발생장치의 해석 알고리즘 생성 방법.
  12. 제 11항에 있어서,
    상기 알고리즘을 생성하는 과정은,
    TEM 셀의 테이퍼 영역이나 GTEM 셀의 단면구조 내 도체와 외벽 사이를 상하좌우 4개 영역으로 나누어 해석하는 것을 특징으로 하는 전자파 표준 발생장치의 해석 알고리즘 생성 방법.
  13. 제 12항에 있어서,
    상기 알고리즘을 생성하는 과정은,
    상기 4개 영역을 라플라스 방정식을 이용하여 정전기 포텐셜을 산출하는 것을 특징으로 하는 전자파 표준 발생장치의 해석 알고리즘 생성 방법.
  14. 제 13항에 있어서,
    상기 알고리즘을 생성하는 과정은,
    상기 4개 영역의 정전기 포텐셜을 6개의 이산 모드 계수로 나타내고, 상기 이산 모드 계수들은 상기 도체의 상하 경계 면에서 디리클레(Dirichlet) 경계조건과 노이만(Neumann) 경계조건을 적용하여 6개의 연립 방정식을 도출하는 것을 특징으로 하는 전자파 표준 발생장치의 해석 알고리즘 생성 방법.
  15. 제 14항에 있어서,
    상기 알고리즘을 생성하는 과정은,
    상기 4개 영역 중 상 영역과 좌우 영역 사이에 상기 디리클레 경계 조건을 적용하는 것을 특징으로 하는 전자파 표준 발생장치의 해석 알고리즘 생성 방법.
  16. 제 14항에 있어서,
    상기 알고리즘을 생성하는 과정은,
    상기 4개 영역 중 하 영역과 좌우 영역 사이에 상기 디리클레 경계 조건을 적용하는 것을 특징으로 하는 전자파 표준 발생장치의 해석 알고리즘 생성 방법.
  17. 제 14항에 있어서,
    상기 알고리즘을 생성하는 과정은,
    상기 4개 영역 중 상 영역과 좌 영역 사이와, 상기 상 영역과 우 영역 사이에 상기 노이먼 경계 조건을 적용하는 것을 특징으로 하는 전자파 표준 발생장치의 해석 알고리즘 생성 방법.
  18. 제 14항에 있어서,
    상기 상기 알고리즘을 생성하는 과정은,
    상기 4개 영역 중 하 영역과 좌 영역 사이와, 상기 하 영역과 우 영역 사이에 상기 노이먼 경계 조건을 적용하는 것을 특징으로 하는 전자파 표준 발생장치의 해석 알고리즘 생성 방법.
  19. 제 13항에 있어서,
    상기 알고리즘을 생성하는 과정은,
    상기 6개의 연립 방정식을 행렬 방정식으로 산출하고,
    상기 행렬 방정식으로 6개의 이산 모드 계수를 구하여 상기 정전기 포텐셜을 산출하는 것을 특징으로 하는 전자파 표준 발생장치의 해석 알고리즘 생성 방법.
  20. 제 11항에 있어서,
    상기 해석 알고리즘 생성 방법은,
    기 설정된 수치 또는 정의된 조건이 포함된 정보를 전달 받는 과정
    을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전자파 표준 발생장치의 해석 알고리즘 생성 방법.
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