원통형 근접전계 측정장치 구현

윤금노,방재훈,안병철,오트건바타르 검보,김상기 한국정보기술학회 2012 한국정보기술학회논문지 Vol. No.

The cylindrical near-field measurement system is widely used for the measurement of antennas with a sharp beam in one plane and a broad one in the other. In this paper a method is proposed for the implementation of a cylindrical near-field measurement system based on a personal computer. The proposed near-field system consists of an anechoic chamber, an antenna rotator, a probe and its scanner, a system controller, a network analyzer, and a system operating program. The near field of the antenna under test (AUT) is measured at constant intervals on a cylindrical surface enclosing the AUT, from which far-zone fields, gain, and radiation patterns of the AUT are obtained. An efficient fast Fourier transform technique is employed for the conversion of the near-zone electric field into the far-zone one. The implemented cylindrical near-field system is employed to measure the characteristics of an X-band horn antenna and a waveguide slot array and its accuracy is verified by comparison with the far-field measurement. 원통형 근접전계 측정장치는 한쪽 방향으로 첨예한 빔폭을 가지며 다른 쪽 방향으로는 넓은 빔폭을 가지는 안테나 측정에 널리 이용된다. 본 논문에서는 개인용 컴퓨터 기반의 원통형 근접전계 측정장치의 구현 방법을 제안하였다. 구현된 근접전계 시스템은 무반사실, 안테나 회전기, 프로브 및 스캐너, 시스템 제어기, 회로망 분석기, 시스템 운용 프로그램 등으로 구성된다. 피측정 안테나를 둘러싸는 원통면에서 일정 간격으로 근접전계를 측정하고 이로부터 피측정 안테나의 원거리 전계, 이득, 빔폭, 복사패턴 등을 구하였다. 근접 전기장으로부터 원거리 전기장를 구하는 과정에서는 효율적인 고속 푸리에 변환기법을 적용하였다. 구현된 원통형 근접전계 측정장치를 이용하여 X-대역 혼 안테나와 도파관 슬롯 안테나의 특성을 측정하고 그 정확도를 원거리 측정결과와 비교하여 확인하였다.

루프를 이용한 근거리 RFID 리더 안테나

정용선,자르갈사이칸 나이암바얄,신봉섭,고형석,안병철 한국정보기술학회 2014 한국정보기술학회논문지 Vol. No.

This paper proposes a near-field RFID reader antenna based on a loop. The proposed antenna consists of a loop loaded with inductors and resistors, a top ground plane for adjusting the far-field gain, a balun and a metal housing. The near magnetic field is generated by a loop consisting of a circular wire and two orthogonal linear wires. Four inductors are placed on the loop to reduce the loop size and four resistors are used to obtain an impedance matching and to control the near magnetic field strength. A ground plan is placed around the loop to reduce the far-field gain of the antenna. A special balun structure is employed to reduce the radiation from the feeding coaxial cable. The loop and the feeding coaxial cable are placed in a metal housing to produce the near magnetic field only in the region just above the antenna. The antenna is optimally designed using a commercial software, then fabricated and tested. The fabricated antenna has a reflection coefficient less than -10dB over 903-921MHz, a far-field gain of -14.5dB, an H-field of 0.38A/m at 40mm above the antenna surface and a tag read distance up to 630mm when a power of 25dBm is supplied to the antenna. 본 논문에서는 루프를 이용한 근거리 RFID 리더 안테나를 제안하였다. 제안된 안테나는 인덕터와 저항으로 장하된 루프, 원거리 이득 조정용 상부 접지판, 벌룬 및 금속 하우징 등으로 구성된다. 근거리 자기장은 원형 도선과 2개의 교차 도선으로 구성된 루프에 의해 생성된다. 루프 상에 4개의 인덕터를 배치하여 루프의 크기를 소형화하였으며 4개의 저항을 사용하여 임피던스 정합을 얻고 동시에 근거리 자기장 세기를 조정하였다. 루프 주위에 접지판을 배치하여 안테나의 원거리 이득을 감소시켰다. 동축 급전선에 의한 방사를 억제하기 위해 특수한 벌룬 구조를 적용하였다. 근거리 자기장이 안테나 바로 위 영역에서만 생성되도록 루프와 급전 동축선을 금속 하우징 내에 설치하였다. 상용 소프트웨어를 이용하여 안테나를 최적 설계한 후 이를 제작하여 시험하였다. 제작된 안테나는 903-921MHz에서 -10dB이하 반사계수, -14.5dB의 원거리 이득을 보였으며, 25dBm의 전력 인가 시 안테나 표면으로 40mm 떨어진 위치에서 0.38A/m의 자기장 세기, 630mm의 태그 인식거리를 보였다.

기지국용 판넬 안테나(4 X 2 Dipole Array)의 근역장 분석

이덕로,박주덕,최재익,김남,Lee, Dugro,Park, Ju-Derk,Choi, Jae-Ic,Kim, Nam 한국전자파학회 2004 한국전자파학회논문지 Vol.15 No.5

본 논문에서는 cellular 이동통신용 기지국 안테나와 같이 사용되는 파장에 비해 비교적 부피가 큰 해석 대상 체의 근거리장에서 전력 밀도를 계산한 내용을 다루었다. 현재 국내에서 cellular 이동통신 기지국용 안테나로 널리 사용되는 판넬형 섹터 안테나를 모델링하고 FDTD 계산법으로 reactive 근거리장의 전자계 분포를 계산하였으며 near to far 변환 통하여 원거리장의 안테나 이득을 구하였다. 그리고 radiating 근거리장의 전력밀도를 계산하기 위하여 원거리장의 이득을 이용하여 gain-based 모델을 적용하였다. 끝으로 radiating 근거리장의 전력밀도 계산 결과와 ICNIRP guideline의 전력밀도에 대한 일반인 및 직업인의 노출 제한 값을 고려하여 인증 거리(compliance distance)를 산출하였다. Gain based 모델을 이용한 계산 결과를 표면주사(surface scanning) 방식을 이용한 전력밀도의 측정 결과와 비교한 결과 주방사 방향의 중심 위치에서 계산된 값은 gain based model을 이용할 경우 -14.55 ㏈m이고, 측정된 값은 -15.75 ㏈m으로 케이블 및 커넥터의 손실을 감안하면 매우 정확한 것으로 나타났다. In this paper, power density in near field is calculated about analytic object which has comparatively large volume in considering used wavelength such as cellular base station antenna. Panel sector antenna which is used widespreadly in domestic cellular wireless communication system is modeled and electromagnetic field distribution in reactive near field region is calculated by FDTD (Finite Difference Time Domain) method. After that, antenna gain in far field region is obtain by near to far transformation. Power spectral density in radiated near field is calculated in applying to gain-based model with antenna gain in far field. Finally, compliance distance is obtained in considering the result from radiated near field calculation and basic restrictions on occupational and general public exposure limits in ICNIRP guideline. In the center of main radiating position, the result from gain-based model is -14.55 ㏈m and the result from surface scanning method is -15.75 ㏈m. When the losses from cables and connectors used in measurement are considered, the results from gain-based model and surface scanning method are nearly coincident.

로렌츠 상호작용 원리와 근역장-원역장 변환 공식을 이용한 안테나 근역장 측정 알고리즘 개선

조용희 한국콘텐츠학회 2006 한국콘텐츠학회논문지 Vol.6 No.2

The enhancement of antenna near-field measurements is obtained using a general probe compensation equation based on the Lorentz reciprocity theorem and reciprocity notation. The probe compensation is an essential process of the near-field to far-field transformations. Applying the equation proposed in this paper to a planar scanning for a rectangular horn antenna shows that our near-field radiation pattern is similar to that of a far-field and our theory is very simple to use and suitable for most practical applications. 안테나 복사 특성을 효과적으로 측정하는 방법 중 하나인 안테나 근역장 측정 알고리즘의 개선을 논한다. 로렌츠 상호작용 원리와 상호작용 표기법을 이용하여 근역장-원역장 변환공식의 핵심인 프로브 교정 알고리즘을 간략히 유도한다. 제안된 일반적인 프로브 교정 방정식과 제작된 시스템을 사각 혼안테나에 대한 평면주사법에 적용하여 근역장 복사 패턴을 얻고 이를 원역장 복사 패턴과 비교하여 복사 특성이 유사한 것을 보인다. 이를 통해 본 논문의 접근법이 매우 간단하면서도 대부분의 안테나 측정에 유용하게 쓰일 수 있는 것을 보인다.

One-Port Planar Near-Field Antenna Measurement and Corresponding Scatterer Compensation Method

양승규,김강욱 한국전자파학회 2022 Journal of Electromagnetic Engineering and Science Vol.22 No.3

A one-port near-field antenna measurement technique with a small wire scatterer is proposed. In the proposed technique, a wire scatterer is scanned with an interval of less than a quarter wavelength, and the measurement is performed at the port of the antenna under test (AUT). A two-dimensional phase unwrapping method is used to remove 180° phase uncertainty. The data obtained in the near-field are transformed to the far-field pattern, and the scattering pattern is compensated for better measurements. The proposed measurement technique was validated by measuring the near-field of an AUT over a planar scanning surface. The far-field radiation pattern obtained using the proposed technique was compared with that obtained from a conventional commercial anechoic chamber. It was observed that they agreed well, especially in the region near the center.

근거리 빔 스캐닝 안테나에 관한 연구

송우영(Woo-Young Song) 한국정보전자통신기술학회 2017 한국정보전자통신기술학회논문지 Vol.10 No.3

본 논문은 근거리 빔 스캐닝 배열 안테나의 3차원 초점을 갖도록 급전하는 방법에 대하여 연구하였다. 기존의 배열 안테나 이론은 원거리 측정점에 대한 것이 대부분이다. 기본적 개념은 방사되는 신호의 위상을 원하는 지점에서 동위상이 되도록 급전하는 것이다. 본 연구에서도 이러한 기본적인 원리를 적용하여 배열 안테나 크기에 비해 측정점의 거리가 근거리에 위치한 점에서 최대 수신 전력을 갖도록 위상을 보상해 주는 방법을 제안 하였다. 제안한 방법으로 자유 공간에 11개의 안테나를 3가지 방법으로 배열하여 3차원 공간에서의 방사패턴과 근거리내의 평면에서의 수신 신호의 크기에 계산하여 대한 등고선 그래프를 작성하였다. 그래프를 분석한 결과 배열 안테나의 근거리 영역에서 빔 스캐닝이 가능하다는 것을 확인하였다. In this paper, a method of feeding for the near field beam scanning array antenna with three dimensional focal point has been studied. The conventional array antenna theory is mostly about the far field points. The basic idea is to feed the transmitted signal so that it is in phase at the desired point. In this study, a method is proposed to compensate the phase to have the maximum received power at the point where the measurement point distance is near to the array antenna size. In the proposed method, 11point source antennas are arrayed in three ways in free space. And the contour map is plotted by calculating the radiation patterns in the three dimensional space and the received signal intensities in the plane within the near space. As a result, it was confirmed that 3 dimensional beam scanning is possible also in the near field of the array antenna.

기지국 배열안테나의 근역장 프로빙 방법의 개발

임계재(Lim, Gye-jae) 한국정보전자통신기술학회 2009 한국정보전자통신기술학회논문지 Vol.2 No.1

기지국 배열안테나의 근역장 프로빙을 통해 원역장 성능을 평가하기 위해 반사판을 갖는 다이폴 배열 안테나와 프로브 사이 높이에 따른 상호 간의 영향을 분석하였다. 기본 개념은 기지국 배열 안테나의 입력단들과 프로브의 입력 port P 에 대한 근역장에서의 상호 높이를 변화시키며 S 파라미터 측정값을 분석하여 상호결합 효과가 가장 적으면서 프로빙 효율이 높은 위치를 결정하는 것이다. 그리고 여기서 얻어진 높이는 기지국 배열안테나의 정밀한 원역장 성능을 구하기 위한 근역장 프로빙 시스템 설계에 적용 가능할 것이다. For the evaluation of far-field performance by using the near-field probing on the base station dipole array antenna, the effects of mutual coupling depending on the heights between the array antenna with reflector and the probe were analyzed. When the height is varied in the near-field region, S parameters on the input ports of antenna and probe are measured and analyzed to decide the height for the minimum mutual coupling effect and the maximum probing efficiency. This height will be applicable to the near-field probing system design to achieve the precision far-field performance of a base station array antenna system.

Wireless Power Transfer Efficiency Formula Applicable in Near and Far Fields

Yongwook Kim,Seunghyun Boo,Gunyoung Kim,Namyoon Kim,Bomson Lee 한국전자파학회JEES 2019 Journal of Electromagnetic Engineering and Science Vol.19 No.4

Microwave-based wireless power transfer in the near field (up to about 10 m) is now drawing much interest since the transfer range when using current magnetic induction or magnetic resonance methods is limited in current industry. The Friis efficiency formula is valid only in the far field, so this paper proposes a new efficiency formula for use in the near field as well as in the far field. The proposed formula is derived under the assumption that the fields generated from transmitting-antenna elements are coherently (or constructively) added at a receiving antenna. The proposed formula is validated by EM-simulations and measurements using a 1 × 8 phased array antenna. The proposed efficiency formula is shown to be accurate in the near field and converge to the Friis formula in the far field.

장파대역 TLM 안테나의 전파 장애물에 의한 근거리장 성능 분석

김영완(Young-Wan Kim) 한국전기전자학회 2020 전기전자학회논문지 Vol.24 No.4

논문에서는 65 ㎑ 장파대역을 사용하는 단축형 지선식 안테나의 전파 장애물에 의한 근거리 전파전파 특성을 분석하였다. 구축되는 65 ㎑ 장파대역 단축형 지선식 안테나를 모델링하고, 전파 장애물인 산 높이와 안테나 근접도에 따른 모델링을 통하여 전파 장애물이 안테나 전파 특성에 미치는 영향을 분석하였다. 일반적인 송신 안테나 사이트에 인접한 산 높이와 안테나와의 이격거리를 적용할 경우, 약 1.7 ㏈ 이내의 전계 강도 변화가 발생되었다. 그러나 전파 장애물과 안테나와의 일정한 이격거리 이상에서는 전파 장애물에 의한 영향이 무시될 정도의 전파전파 특성을 나타내었다. 본 논문의 결과는 65 ㎑ 동작 주파수를 갖는 송신국 안테나 사이트 설계 및 구축 운영에 활용될 수 있다. For LW-TLM antenna of 65 ㎑, Near-field propagation characteristics due to wave propagation obstacle are analyzed in this paper. The simulation modeling for propagation effects are based on the model of actual LW-TLM antenna which utilizes the frequency of 65 ㎑, and the model expressed as propagation obstacle at a mountain height and a proximity of antenna and mountain. The near-field performance are analyzed based on the parameters of simulation model. In case of a normal mountain height and distance between the adjacent mountain and antenna site, a field strength change of about 1.7 ㏈ has occurred. Above the constant distance of propagation obstacle and antenna, the wave propagation characteristics of disregarding the effects of propagation obstacle are shown. The results of this paper can be used to design and build a transmitting antenna site with 65 ㎑ operating frequency.

완전 디지털 다기능 레이다에 적용 가능한 능동 위상 배열 안테나의 수신 근접전계 시험

주정명(JoungMyoung Joo),임재환(Jae-Hwan Lim),황성환(Sung-Hwan Hwang),박종국(Jongkuk Park),강연덕(Yeon-Duk Kang),한일탁(Il-Tak Han),김두수(Doo-Soo Kim),이동국(Dong-Kook Lee) 한국전자파학회 2020 한국전자파학회논문지 Vol.31 No.2

본 논문에서는 다기능 레이다에 적용 가능한 디지털 능동 위상 배열 안테나의 수신 근접전계 시험에 대해 기술하였다. 먼저 아날로그형 능동 위상 배열 안테나와의 구조적인 차이로 인해, 기존의 수신 근접전계 시험 구성을 그대로 적용하기 어려우므로 디지털 능동 위상 배열 안테나에 적합한 수신 근접전계 시험 구성을 제안하였다. 시뮬레이션에서는 근접전계 측정 시 발생한 누설 신호에 의해 왜곡된 빔 패턴과 누설 신호 보상 결과를 제시하고, 이 결과를 바탕으로 측정된 근접전계 데이터를 검토하였다. 또한, 동시 측정된 7개의 수신 근접전계 데이터를 원전계 빔 패턴으로 변환하여 디지털 다중 빔 형성 기능을 검증하고, 보어사이트에 대해서는 빔 패턴 및 주요 성능에 대한 결과를 제시하였다. 마지막으로, 측정된 수신 빔을 이용해 합/차 패턴을 생성하고, 모노펄스 기울기를 계산하였다. 측정된 모든 결과가 이상적인 빔 패턴 및 계산 결과와 매우 유사함을 보임으로써, 제안된 수신 근접전계 시험 구성 및 측정 결과에 대한 유효성을 검증하였다. Herein, we describe the receiving (Rx) near-field measurement of digital active phased array antennas applicable to multifunction radars. Because of the structural differences with analog active phased array antennas, it is difficult to apply the conventional Rx near-field test configuration. Therefore, we have proposed a configuration of a near-field test suitable for digital active phased arrays. In the simulation, the results are presented for the beam pattern distorted by the leakage signal generated in the near field test and the beam pattern corrected for these leakage signal. After which, based on these results, the measured near-field data is reviewed. Furthermore, by converting seven near-field data measured simultaneously with far-field patterns, multiple digital beam-forming features were verified, and for the boresight, the beam patterns and its main findings were presented. Finally, sum/difference patterns were generated with multiple Rx beams, and the monopulse slope was calculated. By demonstrating that all the measured results are very similar to the ideal beam patterns and the calculation results, the validity of the proposed Rx near-field test configuration with the measurement results is verified.