밀리미터파 근거리장 측정 및 불확도 분석 (Uncertainty Analysis and Fitting of Near-Field Measurements for Millimeter Waves)

서지정보

· 발행기관 : 한국전자파학회
· 수록지 정보 : 한국전자파학회 논문지 / 35권 / 2호 / 141 ~ 149페이지
· 저자명 : 박정규, 최솔, 조경룡

초록

자유공간에서 전파의 손실은 자유공간의 원거리장에서 성립하는 프리이스(Friis) 공식에 따라 송신안테나로부터 거리의 역제곱에 비례한다. 그러나 그 공식은 원거리장에서만 성립한다고 알려졌다. 근거리장인 리액티브 영역 및 프레즈넬영역을 포함하여 원거리장에서 밀리미터파 대역인 20 GHz에서 90 GHz까지 송수신 안테나 사이의 삽입손실을 측정하였는데 안테나의 이격 거리를 최대 1.4 m로 1 mm씩 늘려가면서 데이터를 수집하였다. 그 데이터를 자유공간 전송 손실인(λ/4 πr)2 비교하였으며 근거리장에서의 실험값 및 이론값의 불일치를 확인하였다. 이러한 불일치를 해결하기 위하여근거리에서는 안테나 이득이 거리에 의존한다는 것을 가정하여 자유공간 전송 손실에 추가하는 공식을 제안하였다. 본논문에서는 추가로 100 GHz를 측정하고 그 공식에 맞추어 이론값과 실험값을 피팅하였으며 근거리장의 프레즈넬 영역을 포함하여 리엑티브 영역 약 50 % 일부까지 측정 데이터와 잘 일치하는 것을 보였다. 측정 결과에 대한 불확도 분석으로서 안테나 시험장 환경에서 반사파의 영향에 의한 오차를 추정 분석하였고 측정 데이터와 새로운 공식을 피팅하는과정에서 발생될 것이라 추정하는 오차 요인을 최소자승법에 따라 해석하여 전체 불확도를 산출하였다.

영어초록

Theoretical radio frequency attenuation in free space is characterized by the Friis equation in the far-field range. This equation states that free-space propagation of electromagnetic waves is inversely proportional to the square of their distance from the source. However, this holds true only in the far-field range. Accordingly, we investigate the propagation characteristics of millimeter waves in all field ranges. The study provides measurement results of free-space insertion loss from 20 to 90 GHz frequency ranges, where the separations between the transmitting and receiving antennas are increased from 1 to 1400 mm in 1-mm increments. The measurement distances cover all ranges, including the reactive and Fresnel ranges of the near field as well as far-field ranges. The measuring values are fitted in the free-space path loss factor (λ/4 πr)2 . Discrepancies exist between the theoretical and measured values in the near-field ranges.
We add terms to the formula to resolve the differences in the near field. The calculated results derived from the new formula are shown to be in good agreement in the Fresnel range and in some parts of the 50% reactive range. This study yields the same results at 100-GHz measurements and provides an uncertainty analysis of insertion loss measurements for near and far fields in millimeter-wave ranges.
These include the effects of the measurement site and errors in fitting the measurement data to a correction formula. The fitting uncertainty is evaluated using the least squares method.

참고자료

· 없음