EMI/EMC ?


인류 문명이 발전할수록 수많은 전자기기들이 만들어져 왔고, 전자기기들은 생활 곳곳에 자리잡아 삶의 필수적인 요소가 되었다. 이런 전자기기는 필연적으로 전자파를 발생시키며 주변 환경에 다양한 영향을 준다. 특히 다른 전자기기들에게도 영향을 줄 수 있으며 이 영향으로 인해 전자기기의 오작동 및 작동 불능을 일으킬 수 있다. 예를 들어, 현대 군사무기중 상대의 전자장비를 무력화 시켜는 능력으로 주목 받는 EMP탄 역시 이런 현상을 이용한 것이다.

 

 

(전자파 장해 예시)

 

 


(EMP탄의 개요)

 

 

 EMI (Electro Magnetic Interference)는 전자기기가 방출하는 원하지 않는 전자파(Noise)가 다른 전자기기에 주는 영향을 의미한다. 또한 전자기기에서 발생하는 Noise를 감소시켜 다른 전자기기의 동작에 영향을 주지 않도록 하는 한편, 다른 전자기기에서의 Noise 영향도 차단하도록 설계하여 기기로서의 제 기능을 발휘하는 능력을 EMC(Electro Magnetic Compatibility) 라고 한다.

EMI/EMC에 발생하는 다수의 문제는 전자기기 자체로는 아무런 문제가 없었을지라도 시스템으로 구축 되었을 시 예기치 못한 심각한 문제를 야기 할 수 있기 때문에 시스템 설계 단계에서 반드시 검증하고 넘어가야 할 단계이며 실제 전자기기들은 이를 위한 각종 검증을 받아야 한다.

 

 

(Chamber에서 EMI/EMC 측정)

 

 

그러나 측정을 하고 문제를 파악하고 보완 하고 또 다시 측정하는 이런 일련의 과정들은 많은 시간과 비용을 필요로 한다. 만약 EM 해석이 가능한 시뮬레이션 소프트웨어를 사용하여 시뮬레이션으로 얻은 데이터를 바탕으로 보완 사항을 시스템 설계에 반영 한다면 실제 검증에 필요한 시간과 비용을 절약할 수 있을 것이다.

 

  

(EMI/EMC 문제를 시뮬레이션으로 해석하는 예)

 

 

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도플러 효과란?

 

일반적으로 전자기파를 사용한 신호를 송신지와 수신지가 주고 받는다고 했을 때 이들이 사용하는 신호는 특정 주파수로 정해져 있을 것이고, 송신지가 특정 주파수를 가진 신호를 송신했을 때 수신지에서는 그 주파수에 해당하는 신호를 수신 받을 것이다. 하지만 이는 송신지와 수신지가 서로 위치가 고정되어 있을 때만(정지상태) 통용될 수 있으며 송신지나 수신지가 정지상태가 아닌 이동하고 있는 상태라면 이야기는 달라진다.

 


                                   [도플러 효과 예시]



가운데 차량에서 송신된 전자기파를 AB두 지점에서 수신 받는다는 상황을 가정하면 차량이 정지 상태일 때는 AB나 차이없이 동일한 주파수를 갖는 신호를 수신 받을 것이다. 하지만 만약 B의 방향으로 차량이 이동하는 중이라면 AB두 지점에서 관측되는 주파수는 실제 송신된 주파수와 다를 수 있는데 이러한 현상을 도플러 효과라 한다.

 

 

 

송신원과 수신지가 서로 가까워지는 상황에서 전자기파가 도플러 효과로 인해 주파수가 변화 할 때 그 주파수의 변화량은 위의 식으로 정리 될 수 있다. f는 관측되는 주파수로 f0는 실제 주파수이며, β는 광속에 대한 상대 속도로서 대상이 빠르게 다가 올수록 주파수는 점차 높아진다. 반대의 경우로 송신원과 수신지가 서로 멀어질 때는 주파수가 낮아지는데 처음 그림에서 보이는 바와 같이 차량의 진행 방향에 해당하는 B지점은 주파수가 높아졌지만 A지점은 늘어난 것을 확인 할 수 있다.

 

도플러 효과는 각종 분야에서 유용하게 이용될 수 있다. 대표적으로 이동하는 물체의 속도 및 방향을 감지 하는 것이다. 송신한 신호의 주파수와 반사되어 돌아온 신호의 주파수의 차이를 가지고 역으로 계산하면 이동하는 물체의 속도 및 진행 방향을 대략적으로 파악하는 것이 가능하다.

 

또한 소형 비행체 같은 경우, 통상적인 전자기 탐지 기법인 Rader를 이용하여 RCS값을 산출 식별하는 방법은 식별능력이 저하되는 것이 사실이다. 이를 보완하기 위하여 마이크로파 이상의 높은 주파수 대역의 신호를 이용하면 물체의 진동이나 회전운동 등에 의해 도플러 효과가 발생하고 이에 따른 주파수의 변화로 물체의 대략적인 식별이 가능하다.

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주파수란?

 

이전 포스트 내용을 상기시켜보면, 전자기파는 일정 시간마다 크기와 방향이 반복해서 바뀌며 이렇게 반복되는 간격을 주기’, 1초당 주기가 반복되는 횟수를 주파수라고 소개한 바 있다. 즉 주파수는 주기의 역수 개념이며 수가 클수록 같은 시간동안 주기가 많이 반복된다는 뜻이다. (예를 들어 60Hz1초에 60회 주기가 반복되는 전자기파 라는 뜻).


[전자기파의 각 요소 설명]

 

위 그림을 보면 전자기파의 주파수가 달라졌을 때 (= 단위 시간당 반복되는 주기의 횟수가 달라졌을 때) 파장 역시 달라지게 되는데 이는 전자기학적으로 서로 다른 주파수가 상이한 현상을 일으키는 기본적인 근거가 된다.

간단한 예로, 300MHz의 주파수를 갖는 전자기파의 파장은 1m 이고 3GHz의 주파수를 갖는 전자기파의 파장은 10cm 이다. 실제 1m의 길이를 갖는 어떤 대상을 각 주파수 관점에서 바라보았을 때 300MHz 주파수의 관점에서 보면 한 파장에 해당하는 길이지만 3GHz 주파수 관점에서 보면 파장의 열 배 길이에 해당한다.

 

또한 주파수가 서로 다를 때 나타나는 특징으로는 여러가지가 있다. 그 중에 무선 통신 시스템을 구성하는 측면에서 가장 대표적인 특징으로는 주파수가 낮을수록 1. 회절성이 좋아지고 2. 공간을 진행하면서 적은 손실을 가지며 반대로 주파수가 높아질수록 1. 직진성이 좋아지고 2. 넓은 대역폭을 가질 수 있다. 주파수가 낮은 전자기파를 저주파, 주파수가 높은 전자기파를 고주파라고 명명하나 저주파, 고주파라는 개념은 상황에 따라 상대적인 개념이라 명확한 기준이 없다. 주파수 대역은 이분적인 개념보다 더 세밀하게 일정 주파수 간격마다 분류되어 명명되는데 그 대역 명칭과 해당되는 주파수는 아래 표와 같다.


대역 명칭

주파수

ELF (Extremely low frequency)

3~30 Hz

SLF (Super low frequency)

30~300 Hz

ULF (Ultra low frequency)

300~3000 Hz

VLF (Very low frequency)

3~30 kHz

LF (Low frequency)

30~300 kHz

MF (Medium frequency)

300~3000 kHz

HF (High frequency)

3~30 MHz

VHF (Very high frequency)

30~300 MHz

UHF (Ultra high frequency)

300~3000 MHz

SHF (Super high frequency)

3~30 GHz

EHF (Extremely high frequency)

30~300 GHz

[주파수의 대역 분류]

 

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안테나?

 

안테나란 전자기파 형태의 무선 신호를 송신 혹은 수신하기 위한 도구로 무선통신 시스템에서 핵심적인 역할을 하고 있다고 할 수 있다.

 



 

 

[무선통신 원리도]




안테나의 동작 원리는 공진현상에 근거하고 있다. 공진이란 물체가 가지고 있는 고유 진동수에 해당하는 파동에너지에 반응하는 현상으로 모든 물체는 고유진동수를 가지고 있기 때문에 공진 현상을 일으킬 수 있으며 안테나 역시 마찬가지이다.



 

 

 [교류 신호의 특성과 파장의 의미]



전자기파는 시간, 거리에 따라 크기와 방향이 바뀌며 이는 일정 주기로 반복되는데 여기서 한 주기가 반복되는 물리적인 거리를 파장이라고 하며, 1초당 주기가 반복되고 있는 고유 진동수를 주파수라고 한다. 공진현상에서 언급된 고유 진동수는 전자기파 관점에서 보면 주파수에 해당되는데, 특정한 주파수를 가지고 있는 전자기파가 공간중에 퍼져나가면 그 주파수를 고유진동수로 가지고 있는(=공진주파수) 안테나가 공진하여 전자기파 에너지를 받음으로서 신호를 수신할 수 있다.

 

반대로 특정 공진주파수를 갖는 안테나에 맞는 주파수를 갖는 교류 신호를 흘려보내면 마찬가지로 공진 현상으로 인해 안테나가 반응하며 공간상으로 전자기파를 방사하게된다. 이는 즉 송신용 안테나와 수신용 안테나가 따로 구분되어 만들어지는 것이 아니며, 어떤 안테나던지 송신용이 될 수도 있고 수신용이 될 수 도 있어 사용하기 나름이라는 것을 의미한다. 이를 안테나의 쌍대성이라고 한다.


이처럼 공간상으로 교류 신호를 공간상으로 전자기파 형태로 방사시키고 다시 그 전자기파를 교류 신호 형태로 받아들이는 과정에서 최대한 손실 없이 신호를 전달 하기 위해서는 안테나를 연결하는 선로단과 안테나간의 임피던스를 일치 시켜야 한다. 서로 임피던스가 어긋나면 어긋나는 비율만큼 신호가 접촉단에서 반사되며 이는 즉 그만큼의 에너지 손실을 가진다는 의미가 된다. 결과적으로 최대한 많은 신호를 방사해야 하는 안테나의 목적에 부합하기 위해서는 임피던스를 가능한 일치 시켜야 하며 이를 임피던스 매칭이라고 한다.


임피던스 매칭을 수월하게 하기 위해서 대부분의 RF 시스템은 특정 임피던스에 맞춰 제작된다.  그러한 특정 임피던스 중 가장 보편적으로 사용되는 임피던스가 50ohm인데 가장 기본적인 안테나 형태인 dipole 안테나의 경우 전자기파 파장의 약 절반의 길이에서 50ohm의 임피던스를 가지며 monopole 안테나의 경우 파장의 약 1/4 길이에서 50ohm의 임피던스를 갖는다. 따라서 보편적으로 사용되는 dipole안테나는 신호를 주고 받는데 사용할 주파수 파장의 절반이 되도록 monopole 안테나의 경우 1/4가 되도록 제작하는 것이 일반적이다.

   
 

 

 


[Dipole 안테나와 Monopole 안테나]



안테나의 종류는 기본적인 안테나 형태라고 할 수 있는 Dipole, Monopole, Horn, Patch 등등부터 시작해서 특정 목표에 맞게 별도 설계된 안테나까지 다양한 안테나가 존재한다. 무선 통신 시스템에서 상황에 따라 요구되는 안테나의 특성은 각기 다르며 시스템에서 요구하는 특성을 만족하는 안테나를 올바르게 선정 혹은 제작하여야 목표하는 시스템을 원활히 동작 시킬 수 있다.

 

 

 

 

 


[실 생활에서 사용되는 안테나 예]



 

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전자기 해석 소프트웨어의 올바른 활용방안

이전에 소개한 바와 같이 안테나 설계 제작을 해결하는데 EM(Electro Magnetic) 해석 소프트웨어를 활용한다면 시간 및 비용 절감 효과를 창출해 작업의 능률을 향상 시킬 수 있다. 이는 안테나 문제에 국한 된 것이 아닌 모든 전자기적 문제에 공통적으로 적용 할 수 있는 내용이다.

현재 RF 엔지니어가 전자기적 문제를 해결하는데 도움을 줄 수 있는 상용 소프트웨어의 종류는 여러 개가 존재한다. 기본적으로 상용 EM 해석 소프트웨어는 저마다의 고유한 기능을 가지고 대다수의 전자기 문제를 해결 할 수 있도록 제작되었다. 그러나 소프트웨어별로 사용하는 해석 방식이나 세부적으로 지원되는 기능이 다르기 때문에 전자기 문제의 종류마다 해결하는 방식과 능력에는 차이가 발생한다. 따라서 해석하고자 하는 사례에 가장 적합한 소프트웨어를 선택하는 것이 가장 중요한 요소라 할 수 있다.

 

[여러 EM 해석 소프트웨어 종류와 해석 사례 예시]

 

소프트웨어가 선택 되었다면 실제 해석 대상을 그 소프트웨어에 적합한 형태로 모델링한 CAD 모델을 만드는 것이 중요하다. 대부분의 EM 해석 소프트웨어는 자체적으로 기본적인 CAD 기능을 제공하는 경우가 많기 때문에 사용자가 직접 모델을 만들어 나갈 수도 있고 만들어진 CAD 모델을 Import 하여 사용 할 수도 있을 것이다. 핵심은 그렇게 생성하거나 불러온 모델이 사용할 EM 해석 소프트웨어에 적합한 형태인가 여부이다.

 

해석의 정확도에 대해 일반적으로 접근한다면 가능한 실제 형상과 똑같게 CAD 모델을 만드는 것이 유리하다고 생각 할 수 있다. 하지만 요소가 많을수록 해석에 필요한 시 및 자원이 추가적으로 증가하기 때문에 가능하다면 해석 결과의 정확도를 보증하는 선에서 전자기적으로 혹은 해석 방식 상 불필요하다고 생각되는 요소를 제거하거나 단순화 시키는 작업이 필요하다. 가령 MoM 해석 방식을 사용하는 FEKO의 경우 불필요한 유전체 사용 및 전자기적으로 극히 작은 두께를 가지는 구조를 피해야 하며 FDTD 해석 방식을 사용하는 XFdtd의 경우 과도한 wire 모델 사용을 피해야 한다.

 

[전투기의 실제 형상과 EM 해석 소프트웨어(EMA3D)로 모델링된 전투기 모델]


다음으로 해야 할 작업은 해석 조건을 올바르게 설정 하는 것이다. 상용 EM 해석 소프트웨어는 기본적인 설정만으로도 어느 정도 정확한 결과 값을 가지도록 설정되어 있지만 모든 경우에 반드시 정확한 결과를 보여줄 것이라 보장 할 수는 없다. 따라서 이런 소프트웨어는 사용자가 개입할 수 있는 설정단계를 다수 가지고 있으며 이를 적절하게 사용 할 수 있는 기술이 필요하다.

 

마지막으로 실제와 시뮬레이션의 차이를 인지하는 과정이 필요하다. EM 해석 소프트웨어는 실제 대상이 포함된 환경을 정확하게 구현 한다면 이론적으로 전자기적 문제를 정확하게 풀 수 있도록 설계되어 있다. 하지만 실제 환경이 가지고 있는 다양한 변수를 모두 포함하기에는 현실적인 제약 사항들이 있다. 이러한 변수가 많이 포함된 경우에는 시뮬레이션 결과 그 자체로만으로 정확하다고 보증하기 어렵다. 따라서 측정이 용이한 실제 모델 혹은 측정을 위한 간소화된 모델의 실제 측정 데이터와 비교하여 경향성 있는 차이가 보인다면 이를 시뮬레이션 결과에 반영 하여야 한다. 또한 측정 여건이 충분하지 않다면 시뮬레이션의 조건 변화, 타 시뮬레이션 결과와 비교 등 여러 방안을 가지고 검증을 하는 과정이 필요하다.


[시뮬레이션 간 결과를 비교하는 예시]


 

 솔루션담당 정한길 이사 02.6945.2110  

      해석기술지원 담당 지성환 선임 02.6945.2171

      모델링기술지원 담당 장준희 연구원 02.6945.2172

 

 

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RCS(Radar Cross Section)?

 

현대사회에 다양한 목적으로 활용되고 있는 레이더는 공간에 전자파를 방사시켜 그 전자파가 물체에 부딪혀 반사되어 돌아오는 반사파를 탐지하여 탐지된 물체의 방향 및 거리 등을 파악하는 시스템이다. 반사파의 크기에 영향을 주는 요소는 물체의 크기 및 구조 그리고 재질 등을 들 수 있다.


 

[레이더의 작동 원리]

 

RCS(Radar Cross Section)? 전자파가 물체에 닿은 후 발생한 반사파를 측정하는 기준 중 하나로서 단위는 평방미터(m^2)를 사용하며, 평면 반사판에 전자파를 방사하였을 때 반사파의 크기를 기준으로 실제 측정 대상의 물체가 갖는 RCS값을 산출한다.


Radar는 특히 군사적인 목적으로 많이 활용 되고 있다. Radar는 상대의 장비가 접근하는 것을 파악하거나 이동하는 것을 추적하는 등 시각적으로 보이지 않는 원거리의 대상물을 효과적으로 탐지 할 수 있다. 현대에는 이러한 Radar에 탐지되지 않거나 또은 굉장히 작은 물체로 일부러 탐지되게 하여 Radar를 무력화 하기 위한 다양한 시도가 이루어지고 있다. 이 때 기준이 되는 중요한 척도로서 활용 되는 것이 바로 RCS 값이다. RCS값이 작을수록 Radar에 탐지되지 않을 확률이 높으며, 탐지되더라도 굉장히 작은 물체로 탐지된다. 도료, 형상의 조정을 통해 Radar에 탐지되지 않게 하는 스텔스 기술이 이에 해당된다.


[스텔스 기술이 적용된 전투기]

 

RCS를 측정하는 대상에는 항공기나 선박과 같이 거대 구조인 경우가 많으므로 실 측정을 진행하는데 있어 많은 애로사항이 있다. 하지만 최근에는 EM 해석 소프트웨어의 발전으로 시뮬레이션을 통해 대상의 RCS 값을 충분히 예측할 수 있다.

 

그러나 일반적으로 RCS 해석 대상이 구조 자체의 물리적인 크기가 거대 하거나 고주파 해석을 진행하기 때문에, 전기적으로 거대 구조체를 해석하게 되고 그에 따라 발생하는 시간적 자원적 소모가 크게 발생 할 수 있다. 이러한 자원 소모를 줄이기 위해 광학기법을 통해 해석을 진행하는 소프트웨어가 최근 주목 받고 있다.

소프트웨어 ‘XGtd’는 이러한 자원소모를 극복하기 위해 일반적으로 EM 해석 소프트웨어에서 사용되는 MoM, FEM, FDTD 같은 해석 기법이 아닌, 광학 기법 중 하나인 PO(Physical Optics), GO(Geometric Optics)를 비롯한 UTD (Uniform Theory of Diffraction), MEC(Method of Equivalent Currents) 해석 방식을 기반으로 하는 소프트웨어다. 따라서 전기적으로 거대한 물체 일수록 시간, 자원 소모 측면에서 상대적인 강점을 가지고 있으며 Creeping wave를 분석하여 정확도를 높인 소프트웨어다.




  [XGtd를 활용한 RCS 해석 및 결과 비교 예]

 

또한 스텔스 기술에 보편적으로 사용하는 RAM 물질에 대한 데이터를 가지고 있어 현대 RCS 해석을 하는 주요한 목적인 스텔스 환경 분석에 효과적으로 활용할 수 있는 소프트웨어다.



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XGtd 솔루션 담당

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안테나 용어 EIRP, ERP ?  

 

안테나를 설계하고 측정하는 과정에서 자주 접할 수 있는,

안테나 성능에 관한 EIRPERP. 이 두 가지 용어는 모두 안테나의 방사 출력에 관한 용어입니다.

 

안테나에 대해 이제 막 공부를 시작하시는 분들의 경우,

안테나에 실제 입력되는 파워와 안테나에서 방사되는 파워 그리고 EIRPERP의 관계를 혼돈하실 수 있습니다

혼돈 방지를 위해 우선 용어 정리를 하자면,

 

 

1. EIRP : 실효 등방성 복사전력 (effective isotropic radiated power)

- 안테나에 공급되는 송신기의 전력과 등방성 안테나에 대한 절대 이득의 곱

 

2. ERP : 실효 복사 전력 (effective radiated power)

           - 안테나에 공급되는 송신기의 전력과 주어진 방향에서 반파장 다이폴 안테나에 대한 상대 이득의 곱

따라서 두 용어의 관계는 EIRP = ERP + 2.15dB 으로 정의할 수 있습니다.

 

 

 

이러한 표현은 지향성 안테나의 최대 이득을 가지는 방향에서의 방사출력과 isotropic source 또는 Dipole antenna에 얼마만큼의 파워를 인가했을 경우와 동일한가를 나타내는 값으로 볼 수 있습니다.  사용하는 안테나의 EIRP 또는 ERP 값을 알고 싶거나 정해진 EIRP 또는 ERP를 기준으로 안테나를 설계하는 경우에는 시스템으로부터 안테나에 전달되는 파워를 정확히 알아야 합니다.

다음은 예제를 통해 EIRP, ERP를 사용해 안테나의 출력에 대해 표현하는 방법을 설명하도록 하겠습니다.

 

  

예제) 안테나 이득 10dBd, 송신 출력 1w(30dBm)일 경우

 

           ERP = 10dBd + 30dBm = 40dBm(=10W) : 10dBd의 이득을 가진 안테나는 송신 출력 1W10W의 송신출력 효과

EIRP = 40dBm + 2.15dB = 42.15dBm(16.4W) : ERP보다 2.15dB 더 큼, 42.15dBm40dBm보다 1.64배 더 크다

라고 할 수 있으며 위 예제에 나와있는 안테나는 출력이 40ERP 또는 42.15EIRP를 가지는 안테나라고 표현할 수 있습니다.

 




 

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dB dBm.

 

RF 분야에서 가장 많이 사용되는 출력의 단위 ‘dB’‘dBm’에 대해서 알아보도록 하겠습니다. 항상 익숙하게 사용하고 있지만, 사실 그 경계가 상당히 모호한 용어입니다. RF 분야에서 이 두 가지 용어가 어떠한 관계를 가지고 있는지 두 용어의 특성과 차이를 확실히 숙지 시켜두지 않으면 추후 큰 혼란을 겪기도 합니다.

그럼 먼저, dB란 무엇인가에 대해 알아보도록 하겠습니다.

사실, ‘dB’는 검색 한 번을 통해서도 바로 그 정의를 알 수 있습니다.

 


10*log x = y

 


, dB 10^(y/10) = x 를 만족하는 y 값을 이야기하는 단위입니다. 여기서 중요한 사실은 dB가 단순히 수학적 개념이라는 것입니다. dB 자체는 그 어떠한 에너지나 물리적 성질을 가지는 물체를 대변하지 않습니다. log라는 수학 연산자를 사용했을 때 변화된 결과값을 나타내기 위해 사용하는 용어입니다. 흔히 엔지니어 분들이 파워는 xxdB라는 표현을 쓰시지만, 그것은 잘못된 표현으로, 파워에 대한 올바른 단위는 W, mW이며 이것을 dB값으로 변환하면 dBW 또는 dBm을 사용해야 합니다.

 

 

그렇다면 여기서, 사람 헷갈리게 왜 dB를 사용하는가? 라는 질문을 할 수도 있습니다.

RF에서 dB를 사용하는 이유는 계산이 매우 간단하게 변하고 그 크기 또한 쉽게 알아볼 수 있기 때문입니다. 거의 대부분의 RF 회로에서 사용되는 계산은 입력 파워의 증폭 또는 감쇄입니다. 예를 들어, 입력신호가 ampmixer를 거쳐서 안테나로 방사되는 RF회로가 있다고 가정하고 우리가 알고 있는 수식으로 그 과정을 계산해보면 다음과 같이 표현됩니다.

 

 

입력신호세기*amp이득/mixer손실/안테나 효율 = 최종 방사 출력

 


이렇게 곱셈과 나눗셈을 사용해 최종 출력을 결정하게 됩니다. 물론 정확한 값을 가지고 계산을 한다면 크게 어려울 것 없는 계산이지만, 회로가 복잡해지고 단위가 커지게 된다면 계산에 실 수 또는 어려움이 발생할 수 있습니다. 바로 이러한 문제를 해결하기 위해 dB로 변환하여 계산을 한다면,

 


신호세기(dBW) + amp이득(dB) - mixer손실(dB) – 안테나 효율(dB) = 최종출력(dBW)

 


위와 같이, 간단한 덧셈형식으로 계산을 할 수 있습니다. 물론 이러한 경우 앞서 언급했던 바와 같이dB의 특성상 숫자의 단위도 매우 줄어들게 됩니다. 10000W 40dBW는 동일한 값을 나타내지만 숫자의 크기를 빠르고 정확하게 인식할 수 있는 것은 40dBW로 표현된 값일 것 입니다.

또한 앞선 수식에서 알 수 있듯이 dB계산은 곱셈을 덧셈으로 나눗셈을 뺄셈으로 변화시켜줍니다.

따라서 다음과 같은 식이 가능해 집니다.

 


10W=10dBW

20W=10dBW+3dB

40W=10dBW+3dB+3dB

 


파워 값이 두 배가 변하면 3dB 차이가 난다는 것을 바로 확인할 수 있습니다.

이러한 dB의 특징으로 인해 입력신호와 출력신호간의 파워비를 한번에 알 수 있게 해주기 때문에 RF 회로를 계산할 때 매우 유용한 단위이며 자주 쓰이고 있는 이유로 볼 수 있습니다.


 

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전기적 거대 구조체 해석

 

전기적으로 거대한 구조를 해석하는 문제를 대할 때, 많은 EM 해석 소프트웨어에서 사용하고 있는 MoM, FDTD, FEM 등과 같은 해석 방식을 사용하면 지나치게 많은 시스템 자원을 요구해 해석에 제한을 받게 된다. 이런 문제를 해결하기 위해 전기적으로 거대한 구조를 해석할 때는 그에 따른 적합한 해석 방식이 요구된다. 

 

XGtdGeometric Optics (GO), Uniform Theory of Diffraction (UTD), Physical Optics (PO), Method of Equivalent Currents (MEC)와 같이 전기적으로 거대한 구조를 해석 하기에 적합한 해석 방식을 지원하는 EM 해석 소프트웨어다. 따라서 항공기, 선박 등 거대 구조체를 해석하는데 있어서 본 프로그램을 사용한다면 적정수준보다 적은 수준의 시스템 자원으로 효율적인 분석이 가능하다. 

 

[XGtd를 이용하여 항공기 RCS 해석을 진행한 모습]

 

또한 RCS를 분석할 때, RAM Materials과 같은 요소를 고려하는 해석을 진행할 수 있어 스텔스 환경에 대한 분석도 가능하며 안테나 탑재 분석, coupling 분석 등에도 본 소프트웨어를 활용할 수 있다.

XGtd는 이 밖에 거대 구조체 해석에 적합한 해석방식을 다루는 것 외에도 creeping wave 분석을 지원하며 해석 결과에 대한 신뢰도를 높이기도 한다. 더해, XFdtd와 같은 시뮬레이션 소프트웨어에서 설계한 안테나 패턴 정보를 가지고 탑재 해석을 진행하는 등 상호 보완적인 요소도 가지고 있는 소프트웨어이다.

 


[XFdtd 에서 설계한 헬리컬 안테나, 위성 모델에 해당 안테나를 탑재(XGtd)]

 

솔루션 담당자  (사용자 교육신청 / 견적문의)

 

 

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인체 전자파 영향(SAR) 해석을 위한 Time domain 해석 소프트웨어의 활용

 

현재를 살아가는 사람들은 수많은 전자기기들과 함께 생활하고 있다. 이들 전자기기는 인간들에게 적지 않은 편의를 제공 하지만, 한편으로는 전자기기의 사용에 필연적으로 발생하는 전자파로 인간에게 유해한 효과를 발생시킬 요지도 분명히 있다. 더욱이 통신에 사용되는 주파수가, 인체에 더 강한 에너지를 전달하는 고주파로 변화 하고 있는 추세로 봤을 때 이러한 전자파 문제는 앞으로 더욱더 중요한 이슈가 될 것이다.

구체적으로 전자기기가 인체에 주는 영향은 SAR(Specific Absorption Rate) 값을 측정해 측정하는 방법이 있는데, 당연하게도 실제 인체를 대상으로 측정을 수는 없다. 따라서 측정에는 모의 인체 생체용액과 등가 용액을 사용하여 측정을 진행하므로, 실제 다양한 경우를 측정하는 것에는 제약이 발생한다.


 

[전자파 흡수율 측정시스템의 일반 구성도]


 

제약을 해결하기 위해 EM 해석 소프트웨어를 활용한 시뮬레이션으로 대안 한다고 했을 , 인체는 굉장히 다양한 복합적 물질로 이루어져 있으므로 이를 충분히 재현하기 위해서는 다음과 같은 방법을 추천한다. 먼저, Non-orthogonal mesh 사용하는 해석 방식 보다 Orthogonal mesh 사용하는 해석방식을 사용하는 경우가 유리하며, FDTD 방식은 Orthogonal mesh 사용하는 대표적인 해석 방법 이다.


 

 

 [Orthogonal mesh 나뉘어진 인체모델]

 

FDTD해석 방식을 사용하는 EM 해석 소프트웨어로 유명한 ‘XFdtd’SAR 값을 직접적으로 계산하는 기능을 갖추었음은 물론, MRI 모델 해석을 위한 전용 Part를 제공하는 등의 인체 전자파 영향 해석 툴로서 전문적인 기능을 갖추고 있다. 또한 인체 EM 모델 전용 설계 툴인 Varipose에서 생성한 모델을 불러올 수 있으므로 더욱 정밀한 인체 해석이 가능하다.


[XFdtd 사용한 전자파 인체 영향성 해석 ]



 

[Varipose 에서 인체 EM 모델을 제작하는 화면]


 ‘XFdtd’는 이러한 인체 해석의 이점 외에도 기본적으로 FDTD 해석방식을 사용해 시간축에서의 분석이 가능한 소프트웨어이다. 여타 다른 소프트웨어 역시 시간 영역에서의 EM 해석을 제공하는 경우가 있으나 대부분 Green function 등을 이용하여 주파수 축으로 나온 결과를 시간 축으로 바꾸어 본 것이고 근본이 Time 해석이라고 할 수는 없다. ‘XFdtd’는 해석 방식의 기본 축이 Time에 관한 해석이므로 변칙적이고 복잡한 EMC/EMI 문제 (낙뢰, 방전, 케이블 간섭 등)을 해석하는 것에 특히 용이하다.

 


[XFdtd를 사용하여 풍력 터빈에 낙뢰 효과 해석 예]

 

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