터널 환경에서의 전파전파 특성 모델링 연구

정원정(Won-Jeong Jeong),김태홍(Tae-Hong Kim),한일탁(Il-Tak Han),최문영(Moon-Young Choi),류준규(Joon-Gyu Ryu),이호진(Ho-Jin Lee),백정기(Jeong-Ki Pack) 한국전자파학회 2009 한국전자파학회논문지 Vol.20 No.9

국내 환경의 경우, 산악 지형이 많은 지형적 특성상 수많은 터널이 존재한다. 터널은 무선 채널 환경 중 대표적인 음영지역으로서 실외 및 실내 환경의 무선 채널과는 다른 특성을 갖기 때문에 터널 환경에서의 안정된 서비스 품질을 확보하기 위해서는 전파 채널의 특성 연구가 필요하다. 특히 위성을 이용한 이동 서비스를 위해서는 터널에 의한 음영지역에서의 정상적인 위성 신호 수신이 필요하며, 이를 위해 Gap-Filler라고 하는 지상 중계기를 운영하게 되는데 이를 이용하기 위해서는 터널 환경에서의 전파전파 특성 분석을 바탕으로 한 Gap Filling 방법 연구가 필수적이다. 따라서 본 논문에서는 음영 지역에서의 정상적인 위성 신호 수신을 위하여 터널 환경에서의 ISM 대역의 전파전파 특성을 분석하고, 이를 바탕으로 효율적인 Gap Filling 방법에 대한 연구를 수행하였다. In the domestic environments, there are many tunnels since most of terrains have mountains. To ensure the quality of wireless network service in NLOS environment like tunnels which differ from indoor or outdoor wireless channels, researches on wave-propagation characteristics through such channel are necessary. Especially, in such environment the ground repeater called Gap-Fillers are usually used for satellite mobile services. To make sure that mobile service using satellites in tunnels is available, the research about Gap Filling method is essential. This research is focus on the characterising the wave-propagation through tunnels, to find the appropriate frequency, HPBW of the Gap-Filler antennas, the number of Gap-Fillers, etc. In this paper, we present the effective Gap Filling method in tunnels for ISM band, based on analysis of ray tracing and measurement results.

Path Morphology 개념을 이용한 MIMO 채널 모델링

정원정(Won-Jeong Jeong),유지호(Ji-Ho Yoo),김태홍(Tae-Hong Kim),김명돈(Myung-Don Kim),정현규(Hyun Kyu Chung),배석희(Seok-Hee Bae),백정기(Jeong-Ki Pack) 한국전자파학회 2010 한국전자파학회논문지 Vol.21 No.2

차세대 이동 통신 시스템에서는 높은 주파수 대역, 광대역, 다중 안테나(MIMO antenna)의 사용이 예상된다. 또한 무선 통신의 급격한 수요와 이동 통신 서비스의 폭발적인 증가로 인해 차세대 이동 통신 시스템의 최적화를 위한 검증 모델 개발 연구가 필요하다. 기존 MIMO 채널 모델의 경우 도심, 부도심, 시골, 개활지 등으로 포괄적으로 전파 환경을 분류하여 연구를 수행하였으나, 이러한 접근 방법은 예를 들어 도심 환경 내에서도 다양한 morphology가 존재할 수 있기 때문에 모델링 정확도 측면에서 취약성을 가질 수 있다. 본 논문에서는 path morphology 개념을 도입하여 전파 환경을 송?수신기 사이의 건물의 높이, 밀집도 등을 고려하여 세부적으로 분류하는 방법을 제안하였다. 광선 추적(ray tracing) 기법을 이용하여 각 환경별 delay spread(DS), AoD와 AoA의 angular spread(AS)를 분석하고, 이를 바탕으로 국내 환경에 적합한 MIMO 채널 모델을 제시하였다. The use of high frequency band, broad band and MIMO antenna is expected in the next generation mobile communication system. By the rapid increase of demand for wireless communications and the explosive increase of the mobile communication services, researches for optimization of next-generation mobile communication system are required. In the existing MIMO channel models, propagation-environments are commonly classified into urban, suburban, rural area, etc. However such approaches can have drawbacks in that many different morphologies may exist even in the urban area, for example. In this paper, we introduced path morphology concept, and proposed the method of morphology classification considering the building height, density, etc. Delay spread(DS), angular spread(AS) of AoD and AoA analyzed for each environment using the ray tracing technique. Based on the analysis, a MIMO channel model appropriate in domestic environment was suggested.

유방 조직형태에 따른 유방암 진단 2차원 마이크로파 영상복원

김기채(Ki-Chai Kim),김태홍(Tae-Hong Kim),이종문(Jong-Moon Lee),전순익(Soon-Ik Jeon),백정기(Jeong-Ki Pack) 한국전자파학회 2016 한국전자파학회논문지 Vol.27 No.7

본 논문에서는 전자파를 이용한 유방암 진단에서 유방의 조직형태에 따른 2차원 영상복원 결과를 논의하고 있다. 유방의 영상복원에 사용한 시스템은 16개의 송신/수신 안테나로 구성되어 있으며, 1,700 MHz를 사용하여 4가지의 유방조직형태(ED-, HD-, SC-, FT-type)에 대하여 영상복원을 수행하였다. 순방향 문제의 해석에는 모멘트법을 적용하였으며, 역문제 해석을 위한 최적화 알고리즘은 simplex 법을 사용하였다. 영상복원의 결과, ED형 및 HD형은 영상복원이 용이하지만, SC형 및 FT형의 영상복원에는 오차가 많이 포함되어 있어 복원이 쉽지 않음을 확인할 수 있었다. This paper presents a tumor detection for breast cancer that utilizes two-dimensional(2D) image reconstruction with microwave tomographic imaging. The breast cancer detection system under development consists of 16 transmit/receive antennas, and the microwave tomography system operates at 1,700 MHz. The four types of breast(ED-, HD-, SC-, and FT-type) are used for image reconstruction. To solve a 2D inverse scattering problem, the method of moments(MoM) is employed for forward problem solving, and the simplex method employed as an optimization algorithm. The results of the reconstructed image show that the ED- and HD-types of breasts are well reconstructed, but SC- and FT-type breasts are not well because of the error including.

상호 결합을 이용한 광대역 E-면 H 섹터 혼 위상 배열 안테나 설계

이철수,백정기,Lee, Cheol-Soo,Pack, Jeong-Ki 한국전자파학회 2007 한국전자파학회논문지 Vol.18 No.6

H 섹터 혼 안테나는 일정한 빔 커버리지를 가지면서 빔 조향을 하는 광대역 위상 배열 송신기의 복사 소자로 유용하다. 본 논문에서는 상호 결합을 이용하여 3:1 주파수 대역과 ${\pm}60^{\circ}$의 빔 조향 범위를 갖는 광대역 E-면 H 섹터 혼 위상 배열 안테나를 설계하였다. 주자계면에서 반전력 빔 폭이 $30{\sim}50^{\circ}$을 갖는 H 섹터 혼 안테나를 설계하였다. 도파관 시뮬레이터를 이용하여 상호 결합을 포함하는 능동 반사 계수를 계산하였고, 광대역 주파수 범위에서 상호 결합에 의하여 능동 반사 특성이 개선되었다. 이러한 결과를 이용하여 $8{\times}1$ H 섹터 혼 위상 배열안테나를 제작하였다. 주자계면에서의 반전력 빔 폭과 능동 반사 계수의 측정 결과는 시뮬레이션 결과와 잘 일치하였다. 빔 조향된 복사 빔들의 첨두치 패턴은 능동 소자 패턴과 잘 일치하였다. 3:1 주파수 대역과 빔 조향 범위에서 능동 반사 계수는 대부분 0.3 이하로 측정되었다. An H-sector horn antenna has a constant beam coverage characteristic and it can be useful for application to a wide band phased array antenna system. In this paper, we designed a broadband E-plane H-sector horn phased-array antenna, which has a 3:1 bandwidth and ${\pm}60^{\circ}$ beam steering capability. An H-sector hem antenna was designed to have $30{\sim}50^{\circ}$ half-power beam width in the principal H-plane. The active reflection coefficient including mutual coupling was calculated using a waveguide simulator, and the active reflection characteristic was improved by mutual coupling over wide frequency range. Using these results, an $8{\times}1$ H-sector phased array antenna was fabricated. The measurement results for the half-power beam width in the principal H-plane and the active reflection coefficient showed a good agreement with the simulation results. The peak-value pattern in the steered radiation beams also agreed well with the active element pattern. The measured active reflection coefficients within the beam steering range are mostly less than 0.3 over the 3:1 frequency range.

EHF(44 GHz) 대역 강우 감쇠 특성 예측 연구

박용호,이주환,백정기,Park Yong-Ho,Lee Joo-Hwan,Pack Jeong-Ki 한국전자파학회 2005 한국전자파학회논문지 Vol.16 No.8

본 논문에서는 국내 환경에 적용할 수 있는 EHF(44 GHz) 대역의 강우 감쇠 특성을 예측하기 위한 연구를 수행하였다. 일반적으로 10 GHz 이상에서 동작하는 무선 통신 시스템이 강우에 의한 영향을 많이 받는 것으로 알려져 있다. 이러한 강우 감쇠는 빗방울의 크기 분포를 통해서 예측이 가능하다. 따라서 무선 통신 시스템을 설계하거나 강우에 의한 감쇠 영향을 분석하기 위해서는 국내 환경에 적용 가능한 정확한 빗방울 크기 분포 예측 모델 개발이 중요하다. 본 논문에서는 충남대학교에서 측정을 통해 얻어진 데이터를 바탕으로 일반적인 확장 감마 분포를 이용하여 빗방울 크기 분포 예측 모델을 제시하였으며, 실제 강우 감쇠 측정 데이터와 잘 일치하는 결과를 얻었다. The attenuation due to rain has been recognized as one of the major causes of unavailability of radio communication systems operating above about 10 GHz. To design radio links for telecommunications and to evaluate attenuation due to rainfall, it is important to have a good prediction model for rain attenuation such as a model for drop-size distribution of rainfall(DSD), a theoretical model for specific rain attenuation, and an empirical model fur effective path length through rain. In this paper, the extended generalized gamma distribution for drop-size distribution, based on the measurements in Chnugnam National University, is proposed as a new DSD model, and predicted specific attenuation characteristics using proposed DSD model and rain attenuation values in the 44 GHz satellite path using ITU-R effective path length model, are analysed. The predicted attenuation levels are also compared. It is found that an accurate prediction method for DSD is very important to reduce the prediction error in the local satellite path.

다중 경로 채널에서의 MB-OFDM UWB 시스템 링크 마진 분석

신철호,최상성,백정기,Shin, Cheol-Ho,Choi, Sang-Sung,Pack, Jeong-Ki 한국정보처리학회 2006 정보처리학회논문지 C : 정보통신,정보보안 Vol.13 No.6

본 논문은 구현에 사용된 동기알고리즘에 의한 구현손실과 다중경로 페이딩을 고려하여 MB-OFDM UWB(Multi-Band Orthogonal Frequency Division Multiplexing Ultra Wide Band) 시스템 수신기 링크 마진 (link margin)을 시뮬레이션을 통해 정량적으로 분석하였다. MB-OFDM UWB시스템은 CP(Cyclic Prefix)대신에 ZP(Zero padding)를 사용하고 심볼마다 3개 주파수 대역을 호핑(Hopping)하는 TFI(Time Frequency Interleaving)모드와 하나의 주파수 대역을 선택하여 신호를 전송하는 FFI(Fixed Frequency Interleaving)모드를 지원한다. 이러한 MB-OFDM UWB 시스템의 특징은 기존 연속적인 신호를 전송하는 OFDM 시스템들에 비해 평균전력은 동일하지만 유효송신출력 측면에서 더 높은 전력 방사를 가능하게 하는 장점이 있다. 본 논문에서 수행한 시뮬레이션 결과를 이용한 링크마진 계산 결과 200Mbps 모드에서 4m 서비스 반경을 보장하기 위해서는 TFI 모드 구현이 필수적이며, 480Mbps모드의 실질적인 서비스 반경은 가시거리가 확보되는 다중경로 환경에서 1-2m정도 일 것으로 분석되었다. This paper investigates the link margin of MB-OFDM UWB system quantitatively. Various simulations are performed considering the implementation loss by imperfect synchronization unit and the effect of multi-path fading channels. MB-OFDM UWB system uses ZP(Zero Padding) instead of CP(Cyclic Prefix) and supports two transmission modes; one is TFI(Time Frequency Interleaving) mode that transmits OFDM symbols using different carrier frequency from symbol to symbol according to Time Frequency(TF) codes, the other is FFI(Fixed Frequency Interleaving) mode that transmits OFDM symbols using a specific carrier frequency. The advantage of if and TFI is to be able to increase the transmitting power effectively compared to the existed OFDM systems that transmit the signal continuously at the same average transmitting power. From the analysis results of Ink margin, to guarantee the service range of 4m in 200Mbps mode, TFI mode must necessarily be implemented and the service range of 480Mbps mode is estimated about 1-2m in the line-of-sight multi-path channel (CMI).

등가 모델을 이용한 광대역 수신용 능동 다이폴 안테나 설계

이철수(Cheol-Soo Lee),백정기(Jeong-Ki Pack) 한국전자파학회 2008 한국전자파학회논문지 Vol.19 No.1

VHF 대역에서 능동 안테나는 작은 크기로 인하여 많이 사용되고 있다. 능동 안테나는 안테나와 증폭기가 직접 연결되어 있으며, 수신 시스템의 초단부에 위치하고 있으므로, 능동 안테나의 이득 및 잡음 지수 특성은 좋은 감도를 위하여 중요하다. 본 연구에서는 5:1 대역폭(100~500 ㎒)에서 동작하며, 다이폴과 P-HEMT 증폭기로 구성되는 능동 다이폴 안테나를 개발하였다. 능동 다이폴 안테나의 요구된 성능을 얻기 위하여, 안테나와 증폭기를 동시에 설계되어야 한다. 이를 위하여, 1-포트 다이폴 안테나를 등가의 2-포트 시스템으로 모델링하는 등가 포트 개념을 도입하였다. 이러한 제안된 등가 포트를 이용하여 ADS로 능동 다이폴 안테나의 성능에 대한 시뮬레이션 하였다. 안테나의 이득과 잡음 지수 특성을 측정하기 위하여, 2-포트 등가 임피던스 모델을 이용하였다. 제작된 능동 다이폴 안테나의 측정된 평균 이득, 잡음 지수 및 VSWR은 각각 8 ㏈i, 9 ㏈, 1.7:1이다. 방사 패턴은 다이폴 안테나와 같은 특성을 얻었다. 시뮬레이션 결과와 측정된 결과를 비교 시, 제안된 방법의 타당성을 확인하였다. In the VHF range, active antennas are widely used for wideband applications due to their small size. Active antenna consists of antenna elements and amplifiers, which are directly connected to each other. Gain and noise-figure characteristics are very important for good sensitivity performance, because it is located at the front end of a receiving system. In this study, we developed an active dipole antenna with 5:1 bandwidth(100~500 ㎒), which consists of a dipole antenna and a P-HEMT amplifier. To obtain required performances, the antenna and the amplifier should be designed simultaneously. In order for that, we introduced an equivalent port concept to model the 1-port dipole antenna as an equivalent 2-port system. Using the proposed equivalent port, the performance of the active dipole antenna was simulated by the ADS. In order to measure the gain and noise-figure characteristics of the antenna, we utilized the same concept of the two-port equivalent impedance model. The measurement results for typical gain, NF and VSWR in the required frequency band were 8 ㏈i, 9 ㏈ and 1.7:1, respectively. The radiation patterns at the principal planes were same as the typical radiation pattern of a dipole antenna. By comparing the simulation results with measured ones, it is confirmed that the proposed methods works well.

분산 알고리즘에 따른 광대역 펄스 전자파 노출에 대한 인체 노출량 해석

가원석,김태홍,김정란,백정기,Ka Won-Suk,Kim Tae-Hong,Kim Jeong-Ran,Pack Jeong-Ki 한국전자파학회 2006 한국전자파학회논문지 Vol.17 No.7

이 논문에서는 광대역 펄스 전자파에 노출된 인체 두부를 생체 조직의 분산 특성을 고려하여 SA (Specific Absorption) 분포를 해석하였다. 생체 조직의 분산 특성은 4 차 Cole-Cole 모델로 특성지어지는 데, 현재 4 차 Cole-Cole 모델을 FDTD에 정확히 적용시킬 수 있는 분산 알고리즘이 없다. 따라서 본 논문에서는 FDTD 알고리즘에 적용 가능한 생체 조직의 분산 특성을 l 차 Cole-Cole 모텔과 3 차 Debye 모델을 적용한 FDTD 분산 알고리즘을 이용하여 SA를 해석하였다. 각 모델의 타당성을 먼저 조사한 후, 조직의 분산이 SA 분포에 미치는 영향을 연구하였다. In this paper, the SA (Specific Absorption) distribution in a human head, exposed to wideband pulse EMF, has been analyzed by taking into account the dispersion characteristics of biological tissues. The dispersive properties of biological tissues are characterized by the 4th Cole-Cole model. Currently, there is no dispersive FDTD algorithm to implement the 4th Cole-Cole model accurately. Thus, in this paper the FDTD methods with the dispersive algorithm for the 1st-order Cole-Cole model and the 3rd-order Debye model were used for SA analysis. The validity of each model has been investigated first, and then the effects of dispersion on SA distribution have been studied.

PCS 대역 세포실험용 전자파 노출 장치 개발

박민영,고채옥,성미진,김정란,백정기,Part Min-Young,Ko Chae-Ok,Sung Mi-Jin,Kim Jeong-Lan,Pack Jeong-Ki 한국전자파학회 2006 한국전자파학회논문지 Vol.17 No.4

본 논문에서는 국내 PCS 대역인 1,762.5 MHz의 세포실험용 전자파 노출 장치를 설계 및 제작하였다. 노출 장치는 도파관의 ${\lambda}_g/4$ 지점에 위치한 ${\lambda}_g/8$ 모노폴 안테나에 의해 $TE_{102}$ 모드로 동작되며, 노출 장치 내부에 내부 직경이 8.5 cm인 petri dish 1개를 노출시킬 수 있다. 세포실험용 전자파 노출 장치는 구형 공진기형으로 수치 해석 기법 중 하나인 FDTD 방법을 사용하여 SAR을 해석하였고 온도 프로브(model 790, Luxtron Corp)를 이용해 측정하였다. In this paper, a rectangular-cavity-type exposure system for in vitro experiments has been developed fur the biological effect studies of radio frequency fields from handhold wireless telephones. It ia fed with a ${\lambda}_g/8$ monopole antennas at the ${\lambda}_g/4$ position of the top plate in order to excite fundamental $TE_{102}$ mode and it allows the uniform exposure of one 8.5 cm(inner diameter) petri dish. SARs inside the exposed medium have been characterized by numerical simulations, using the FDTD method and by experimental dosimetry with fiberoptic temperature probes (model 790, Luxtron Corp.).

하이브리드 방법을 이용한 다층 미앤더선로 구조의 3:1 광대역 원편파 편파기 설계

이철수(Cheol-Soo Lee),백정기(Jeong-Ki Pack) 한국전자파학회 2015 한국전자파학회논문지 Vol.26 No.8

본 논문에서는 6~18 GHz 주파수 범위의 미앤더선로로 구성된 다층 구조의 광대역 원편파 편파기를 설계 및 제작하였다. 미앤더선로-유전체-스페이서의 단위 구성요소에 대한 전송행렬을 경계값 해를 적용하여 제시하였다. 또한, 도파관모델이 적용되도록 미앤더선로의 배열 구조와 함께 미앤더선로의 등가 서셉턴스를 HFSS 전자기장 해석방법으로 계산하는 방법을 제안하였다. 전자기장 해석방법과 전송행렬을 연동한 하이브리드 방법과 반복 수행법을 이용하여 광대역, 낮은 삽입손실, 낮은 축비 특성을 갖는 다층 구조의 미앤더선로 원편파 편파기를 설계하였다. 제작된 편파기는 동작주파수의 92 % 대역에서 -10 dB 이하의 반사손실과 평균 -0.24 dB의 삽입손실 및 평균 2.6 dB 이하의 축비 특성으로 설계값과 잘 일치함을 확인하였다. In this paper, a wideband circular polarizer operating in the frequency range of 6~18 GHz is designed and fabricated using a multilayer structure with meanderlines. A T matrix expression for the unit structure, which consists of meanderline, dielectric substrate and spacer, was derived using the boundary value solution. A proposed meanderline structure was modeled as an array of unit meanderline cell in order to apply the waveguide model with PEC and PMC boundary conditions. The calculation procedures to obtain an equivalent susceptance of the unit meanderline cell using HFSS was also suggested. Using a hybrid method, which combines the T matrix with the HFSS results, and cut-and-try method, a wideband circular polarizer with low insertion loss and good AR performance was designed. The fabricated polarizer has the return loss less than -10 dB within 92 % bandwidth, the average insertion loss less than -0.24 dB, and the average AR below 2.6 dB for full 3:1 bandwidth.