입사파 위치에 따른 항공기 함체의 전기장 예측을 위한 PWB 방법 적용 연구 = Application of the PWB Method to Predict the Electric Field in an Aircraft Fuselage According to Incident Wave Location

국문 초록 (Abstract)

본 논문에서는 외부 고출력 전자파가 복잡한 구조물 내부로 침투할 때 발생하는 커플링(coupling) 현상을 효율적으로 예측하기 위해, 기존 상용 시뮬레이션의 계산 비용 한계를 극복하는 세 가지 해석 기법을 제안하고 검증한다.
첫째, 항공기와 같은 대형 금속 함체 내부의 전기장을 신속하게 예측하기 위해 상용 시뮬레이션 툴인 CST의 FIT를 활용하여 개구면에서의 입사 전력밀도를 구하고 전력 균형(PoWer Balance, PWB) 이론과 결합한 하이브리드 방법을 제안한다. 이 방법은 개구의 크기, 모양에 상관없이 해석할 수 있다는 장점이 있다.
둘째, 항공기와 같은 대형 함체 내부 전기장 예측의 정확도를 더욱 높이기 위해 Friis 전달 방정식과 PWB 이론을 결합한 하이브리드 방법을 제안한다. 이 기법은 창문의 크기에 따른 임계 주파수 연속조건과 입사각 의존성을 반영하여 계산의 정확도를 높였다. 검증을 위해 1:25 축소 알루미늄 함체에 대한 1–10 GHz 대역의 실험(혼 안테나 및 프로브 측정)과 실제 크기 시뮬레이션을 수행하였으며, 그 결과 실측값이 예측치와 ±5 dB 범위 내에서 일치함을 확인하였다.
셋째, 위 두 PWB를 사용하는 방법과 달리 건물 내부와 같은 복잡한 환경에 위치한 전자기기 및 내부 PCB 로의 전자파 결합을 분석하기 위해 Huygens‘ box를 이용한 공간 분할 주파수 영역 해석법을 제안한다. 이 방법은 인클로저와 내부 PCB를 각각 독립적인 Huygens‘ box로 설정하여 해석함으로써, 수 GHz 이상의 고주파 대역에서 기하급수적으로 증가하는 격자(mesh) 요소와 계산 자원 문제를 해결한다. 제안된 분할-재결합 해석법은 10 GHz까지의 전체 모델 시뮬레이션 결과와 비교하여 그 타당성을 입증하였다.
결론적으로, 본 연구에서 제시한 세 가지 방법론은 전자기적 규모가 큰 환경에서도 전체 full-wave 시뮬레이션 대비 낮은 계산 비용으로 신속하고 정확한 전자파 안전성 평가가 가능함을 보여준다.

목차 (Table of Contents)

• 제 1 장 서 론 1
• 제 2 장 확률 기반 해석방법 4
• 2.1 PWB Method 4
• 2.2 원형 개구의 전기적 크기에 따른 평균결합단면적 7
• 제 3 장 FIT-PWB Hybrid Method 9
• 3.1 FIT-PWB Huybrid Method 9
• 3.2 full-wave 시뮬레이션 및 결과 10
• 3.3 FIT-PWB Hybrid 시뮬레이션 및 결과 13
• 제 4 장 Friis-PWB Hybrid Method 18
• 4.1 Friis transmission formula 18
• 4.2 각도가 고려된 결합단면적 19
• 4.3 Friis-PWB Hybrid Method 20
• 4.4 축소 항공기 함체의 제원 및 측정 22
• 4.5 실제 함체 크기에 대한 시뮬레이션 검증 28
• 제 5 장 Huygens’Box 31
• 5.1 Huygens’Method 31
• 5.2 한 단계의 Huygens’Box를 통한 분석 33
• 5.3 두 단계의 Huygens’Box를 통한 분석 35
• 5.3.1 1단 Huygens’Box 해석 결과 37
• 5.3.2 2단 Huygens’Box 해석 결과 38
• 제 6 장 결 론 42
• 참 고 문 헌 44
• ABSTRACT 47