In the present communication network, anechoic chambers are continuously used for evaluating OTA (Over-The-Air) performance of wireless devices such as smart phones, and they are considered as a powerful method in the 5G wireless communications in the future. In recent years, interest in reverberation chambers has been increasing to overcome drawbacks of anechoic chamber. Reverberation chamber technology provides a variety of methodologies in testing the key performance indicators for wireless devices. In this case, the design of reverberation chamber that has a more stringent field uniformity performance than the standard, which is for electromagnetic compatibility (EMC), is required. To this end, new reasonable design approach is required. In the case of anechoic chamber, it is necessary to solve the disadvantages for specific purposes in the development stage, such as improving the internal electromagnetic environment and reducing costs while supporting approximate measurement of performance of wireless devices. Therefore, a thin planar absorber structure capable of replacing the pyramidal absorber of anechoic chamber is required.
A study on development of new electromagnetic wave measurement facilities for performance assessment of wireless devices is presented in this thesis. First, in the case of reverberation chamber, a reverberation chamber structure consisting of new mode stirrer and reflector for EMC and wireless device performance evaluation is proposed. The key design considerations for them are determined through a reasonable approach to analyze the eigenmode for a reverberation chamber and the standard deviation of its working volume. The fabricated reverberation chamber satisfies the requirements exceeding the specifications of commercial product, shows the same level of results as the anechoic chamber in the evaluation of OTA performance of commercial long-term evolution (LTE) mobile phone, and has excellent reproducibility characteristics. In the case of anechoic chamber, a planar resonance type electromagnetic wave absorber based on a periodic structure is proposed as a substitute for a pyramidal absorber to support performance measurements of small antennas for a specific mobile communication frequency band and to make an eco-friendly testing space that can reduce manufacturing and maintenance costs. Analytical methods based on impedance matching are proposed for effective design and a novel technique for widening the absorption bandwidth is introduced. In order to verify the feasibility of the proposed objective, an anechoic chamber composed of a simple structure absorber is fabricated and the measurement results of internal electromagnetic wave environment and antenna performance are presented.
The developed electromagnetic wave measurement facilities can be competitive with the products of overseas monopoly company, and it can be said that it is significant in that they were transferred to domestic companies and localized.
현재까지의 통신 네트워크에서 스마트폰과 같은 무선기기의 OTA (Over-The-Air) 성능 평가를 위해 전자파 무반사실 (anechoic chamber)이 꾸준히 사용되고 있고 향후 5세대 무선 통신에서도 유력한 방법으로 고려되고 있다. 최근에는 전자파 무반사실의 단점을 보완하고자 보다 더 현실적인 환경에서의 측정 평가를 위해 전자파 잔향실 (reverberation chamber)에 대한 관심이 증가하고 있다. 전자파 잔향실은 무선기기의 주요 성능 지표들에 대한 측정 평가에 있어 다양한 방법론을 제공할 수 있다. 이 경우, 전자파 잔향실의 필드 균일도 (field uniformity)는 IEC 61000-4-21의 전자파 적합성(electromagnetic compatibility) 측정을 위한 기준보다 더 엄격한 성능이 요구된다. 이를 위해, 논리적인 새로운 설계 방법이 필요하다. 전자파 무반사실의 경우 무선기기의 개략적인 성능 측정을 지원하면서, 내부 환경 개선 및 비용 절감 등 개발 단계에서의 특정한 목적을 위해 전자파 무반사실이 갖는 단점을 해소할 필요가 있다. 이를 위해, 전자파 무반사실의 피라미드형 흡수체를 대체할 수 있는 평판의 얇은 흡수체 구조가 요구된다.
본 논문에서는 전자파 잔향실 및 전자파 무반사실 두 전자파 측정실에 대해 새로운 구조 개발 연구를 수행한다. 먼저, 전자파 잔향실의 경우, 전자파 적합성 및 무선기기 성능 평가를 위한 새로운 모드 스터러와 반사체로 이뤄진 전자파 잔향실 구조가 제안된다. 구조에 대한 주요 설계 파라미터들은 고유모드 (eigenmode) 분석과 전자파 잔향실의 동작 영역 (working volume)에 대한 표준 편차 분석 방법을 통해 결정된다. 최종적으로 제작된 전자파 잔향실은 상용 제품의 사양을 능가하는 요구 사항을 만족하고 상용 LTE 단말기의 OTA 성능 평가에 있어 전자파 무반사실에서의 결과와 동일한 수준의 결과를 보이며 높은 재현성 (reproducibility) 특성을 나타낸다. 새로운 전자파 무반사실 개발 연구의 경우, 특정 이동통신 주파수 대역에 대해 무선기기의 안테나 성능 측정을 지원하고 제작 및 유지보수 비용을 절감할 수 있는 친환경적인 시험 공간을 만들기 위해 피라미드형 흡수체를 대신할 주기 구조 기반의 평판 공진형 전자파 흡수체가 제안된다. 효과적인 설계를 위해 임피던스 정합 기반의 분석적 방법이 제시되고 흡수 대역폭을 넓히기 위한 독창적인 기법이 소개된다. 제안한 목적의 실현 가능성을 검증하기 위해 단순한 구조의 흡수체로 구성된 전자파 무반사실이 제작되고 내부 전자파 환경 및 안테나 성능 측정 결과가 제시된다.
개발된 전자파 측정실은 해외 독점 기업의 제품 대비 경쟁력이 있다 할 수 있고 국내 기업에 이전되어 국산화를 이루었다는 점에서 의의가 있다고 할 수 있다.
