KR101946720B1

KR101946720B1 - Full-Field MAS Scanning System and Method

Info

Publication number: KR101946720B1
Application number: KR1020170100183A
Authority: KR
Inventors: 이정률
Original assignee: 한국과학기술원
Priority date: 2017-08-08
Filing date: 2017-08-08
Publication date: 2019-02-11

Abstract

The present invention provides a full-field microwave absorbing structure (MAS) scanning system and a full-field MAS scanning method. According to embodiments of the present invention, the MAS scanning system comprises: a first antenna to emit a microwave to a MAS, and receive a microwave reflected from the MAS; a second antenna (or simultaneously use a third antenna) to receive a microwave emitted by the first antenna to be reflected from the MAS or penetrate the MAS; a moving stage to move a position of the MAS; an analyzer to emit a microwave through the first antenna, and generate measurement results from microwaves received through the first antenna and the second antenna; and a computing device to control a position movement of the MAS by the moving stage and microwave emission by the analyzer to allow measurements at a plurality of points of the MAS, and visualize measurement results received from the analyzer. Accordingly, microwave absorption/reflection/penetration properties can be measured for the full field of the MAS of electromagnetic paint, material, and arbitrary shape, and videos of frequency-space spectrum can be created to allow fine and precise free space-based measurement.

Description

전영역 MAS 스캐닝 시스템 및 방법{Full-Field MAS Scanning System and Method}Field MAS Scanning System and Method [0002]

본 발명은 구조물의 특성 측정 기술에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 MAS(Microwave Absorbing Structures : 마이크로파 흡수 구조물)의 마이크로파 흡수/반사/투과 특성을 측정하기 위한 시스템 및 방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a technique for measuring a characteristic of a structure, and more particularly, to a system and a method for measuring a microwave absorption / reflection / transmission characteristic of a MAS (Microwave Absorbing Structures).

MAS는 EMI(ElectroMagnetic Interference : 전자기 간섭) 및 레이더 단면 감소(Radar Cross Section Reduction)와 같은 응용 분야에서 수십 년 동안 방위 산업에 사용되어 왔다. 최근 몇 년 동안에는, 무선 전자제품의 출현과 함께 MAS가 고속 전자 회로 내부의 EMI 감소에 사용되기도 하였다.MAS has been used in the defense industry for decades in applications such as EMI (ElectroMagnetic Interference) and Radar Cross Section Reduction. In recent years, with the advent of wireless electronics, MAS has also been used to reduce EMI inside high-speed electronic circuits.

MAS의 설계 및 생산에 있어 Cross-Discipline 문제를 해결하기 위해 많은 연구가 있었다. MAS에서 원하는 흡수가 이루어지도록 하기 위해, 특수 합성 물질, 주파수 선택적 표면 및 다층화와 같은 다양한 방법이 제시된 바 있다. 효율적인 MAS 설계에 대한 이와 같은 관심 증가로 인해, 성능 검증 및 특성 분석 방법에 대한 관심이 높아져, 이와 관련한 여러 측정 기술이 제시되었다.There have been many studies to solve the cross-discipline problem in the design and production of MAS. Various methods have been proposed to achieve the desired absorption in the MAS, such as special synthetic materials, frequency selective surfaces, and multilayering. Due to this growing interest in efficient MAS design, interest in performance verification and characterization methods has increased and several measurement techniques have been proposed.

이러한 측정 방법은 일반적으로 Closed Measurement Cell, Open-ended Probes, Free-Space 기반의 방법들로 분류할 수 있다. 이 방법들에서는 기지의 특성을 갖는 마이크로파가 MUT(MAS Under Test)에 조사된다.These measurement methods are generally classified into Closed Measurement Cell, Open-ended Probes, and Free-Space based methods. In these methods, microwaves with known properties are examined in MUT (MAS Under Test).

송신후 반사된 마이크로파는 S-파라미터들(S₂₁, S₁₁)로 기록된다. 그리고, MUT의 상세한 평가를 위해, 측정된 S-파라미터로부터 복소 유전율(ε), 복소 투자율(μ), 반사 계수(Γ) 및 반사 손실과 같은 고유 특성이 계산된다.The reflected microwaves after transmission are recorded as S-parameters (S ₂₁ , S ₁₁ ). Then, for the detailed evaluation of the MUT, intrinsic characteristics such as complex permittivity (?), Complex permeability (?), Reflection coefficient (?) And return loss are calculated from the measured S-parameter.

자유 공간 측정(Free-Space Measurement) 기술은 샘플 크기/모양에 대한 제약 사항을 최소한으로 설정할 수 있고, 샘플을 비접촉식으로 평가할 수 있어, 실험실에서의 설계와 컨셉 단계 뿐만 아니라 현장에서의 실제 사용 과정에서도, MAS의 성능 평가에 매우 적합하다.Free-space measurement technology can minimize constraints on sample size / shape and can evaluate samples in a non-contact manner. It can be used not only in laboratory design and concept phase, , Which is very suitable for the performance evaluation of MAS.

하지만, 자유 공간 측정 방법은 샘플의 전반적인 영역에 대한 세밀하고 정밀한 측정이 불가능하고, 곡률을 포함한 복잡한 형상과 다양한 도료, 재료 및 두께를 가진 구조의 전영역 평가에 한계가 있어 왔다.However, the free space measurement method has not been able to precisely and precisely measure the overall area of the sample, and has been limited in the evaluation of the whole area of the structure including complex shapes including curvature and various paints, materials and thicknesses.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은, MAS의 전영역에 대해 마이크로파 흡수/반사/투과 특성을 측정하기 위한 전영역 MAS 스캐닝 시스템 및 방법을 제공함에 있다.SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a full-area MAS scanning system and method for measuring microwave absorption / reflection / transmission characteristics over the entire area of an MAS.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른, MAS 스캐닝 시스템은, MAS에 마이크로파를 조사하고, MAS에서 반사된 마이크로파를 수신하는 제1 안테나; 제1 안테나에서 조사되어 MAS을 투과한 마이크로파를 수신하는 제2 안테나; MAS의 위치를 이동시키는 이동 스테이지; 제1 안테나를 통해 마이크로파를 조사하고, 제1 안테나와 제2 안테나를 통해 수신된 마이크로파들로부터 측정 결과를 생성하는 분석기; 및 MAS의 다수의 지점들에서 측정이 이루어지도록, 이동 스테이지에 의한 MAS의 위치 이동과 분석기에 의한 마이크로파 조사를 제어하며, 분석기로부터 전달받은 측정 결과를 가시화하는 컴퓨팅 장치;를 포함한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a MAS scanning system including a first antenna for irradiating a microwave to a MAS and receiving microwaves reflected from the MAS; A second antenna for receiving a microwave transmitted from the first antenna and transmitted through the MAS; A moving stage for moving the position of the MAS; An analyzer for irradiating a microwave through a first antenna and generating a measurement result from microwaves received through a first antenna and a second antenna; And a computing device for controlling the movement of the MAS by the moving stage and controlling the microwave irradiation by the analyzer so that measurements are made at a plurality of points of the MAS and visualizing the measurement results transmitted from the analyzer.

그리고, 이동 스테이지는, MAS가 장착되는 브래킷; 및 브래킷의 위치를 제1 축 상에서 이동시키는 제1 이동 스테이지;를 포함할 수 있다.The moving stage includes a bracket on which the MAS is mounted; And a first moving stage for moving the position of the bracket on the first axis.

또한, 이동 스테이지는, 제1 이동 스테이지의 위치를 제1 축에 수직한 제2 축 상에서 이동시키는 제2 이동 스테이지;를 더 포함할 수 있다.The moving stage may further include a second moving stage for moving the position of the first moving stage on a second axis perpendicular to the first axis.

또한, MAS가 일정 각도 만큼 회전하도록 MAS가 장착된 브래킷을 회전시키는 회전부;를 더 포함할 수 있다.The apparatus may further include a rotation unit that rotates the bracket on which the MAS is mounted so that the MAS rotates by a predetermined angle.

그리고, 컴퓨팅 장치는, 이동 스테이지에 의한 MAS의 위치 이동이 완료된 이후에, 마이크로파가 조사되도록 분석기를 트리거 시킬 수 있다.And, the computing device may trigger the analyzer to be irradiated with microwaves after the positioning of the MAS by the mobile stage is completed.

또한, 컴퓨팅 장치는, 마이크로파의 주파수 스윕 범위, 스윕 지점들 및 파워를 설정하여 분석기를 제어할 수 있다.The computing device may also control the analyzer by setting the frequency sweep range, sweep points, and power of the microwave.

그리고, 컴퓨팅 장치는, 스캔 영역의 폭, 스캔 영역의 높이 및 스캔 지점들 간의 간격을 설정하여 이동 스테이지를 제어할 수 있다.The computing device can control the movement stage by setting the width of the scan area, the height of the scan area, and the interval between the scan points.

또한, 인접한 스캔 지점들은, 각 스캔 영역의 일부가 겹칠 수 있다.In addition, adjacent scan points may partially overlap each scan area.

그리고, 컴퓨팅 장치는, 측정 결과를, MAS의 높이, MAS의 너비 및 마이크로파의 주파수를 각각 축들로 하는 3차원 데이터 어레이에 파라미터 별로 저장할 수 있다.Then, the computing device can store the measurement results on a three-dimensional data array having the axes of the height of the MAS, the width of the MAS, and the frequency of the microwave on axes, respectively.

또한, 컴퓨팅 장치는, MAS의 특정 지점에서 주파수 변화에 따른 파라미터들의 크기 변화를 전영역에서 가시화할 수 있다.In addition, the computing device may visualize a change in magnitude of parameters along a frequency variation at a particular point in the MAS over the entire area.

그리고, 컴퓨팅 장치는, 특정 주파수에서 MAS의 스캔 영역에 대한 파라미터들의 크기 분포를 가시화할 수 있다.The computing device may then visualize a size distribution of parameters for a scan region of the MAS at a particular frequency.

또한, 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 MAS 스캐닝 시스템은, 제2 안테나의 후방에서, 제1 안테나로부터 수신한 마이크로파를 흡수하는 흡수 폼;을 더 포함할 수 있다.Also, the MAS scanning system according to an embodiment of the present invention may further include an absorption foam for absorbing the microwave received from the first antenna, behind the second antenna.

그리고, 제1 안테나와 제2 안테나는, 초점형 혼 안테나일 수 있다.The first antenna and the second antenna may be a focal type horn antenna.

한편, 본 발명의 다른 실시예에 따른, MAS 스캐닝 방법은, MAS의 위치를 이동시키는 단계; MAS에 마이크로파를 조사하는 단계; MAS에서 반사된 마이크로파를 수신하는 단계; MAS를 투과한 마이크로파를 수신하는 단계; 수신된 마이크로파들로부터 측정 결과를 생성하는 단계; 및 측정 결과를 가시화하는 단계;를 포함하고, 이동 단계는, MAS의 다수의 지점들에서 측정이 이루어지도록, MAS의 위치를 순차적으로 이동시킬 수 있다.According to another aspect of the present invention, there is provided a MAS scanning method comprising: moving a position of a MAS; Irradiating the MAS with microwaves; Receiving reflected microwaves at the MAS; Receiving microwaves transmitted through the MAS; Generating measurement results from received microwaves; And visualizing the measurement results, wherein the moving step may sequentially move the position of the MAS such that measurements are made at a plurality of points of the MAS.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 실시예들에 따르면, MAS의 전영역에 대해 마이크로파 흡수/반사/투과 특성을 측정할 수 있게 되어, 임의의 형상의 MAS에 대한 세밀하고 정밀한 자유 공간 기반 측정이 가능해진다.As described above, according to the embodiments of the present invention, it is possible to measure the microwave absorption / reflection / transmission characteristic over the entire area of the MAS, thereby enabling fine and precise free space-based measurement of MAS of arbitrary shape It becomes.

또한, 본 발명의 실시예들에 따르면, 전영역 MAS 스캐닝에 의해 흡수/반사/투과 특성이 주파수별 공간 스펙트럼으로 동영상으로 가시화 되며 그외 전자기적 측정 결과를 사용자가 관심을 두고 있는 관점에 따라 구성/편집하여 가시화 함으로써, 흡수/반사/투과 특성 분석을 위한 보다 내실 있는 정보 제공이 가능해진다.In addition, according to embodiments of the present invention, absorption / reflection / transmission characteristics are visualized as a moving image in a spatial spectrum according to frequency by MAS scanning, and the result of the electromagnetic measurement is configured / By editing and visualizing it, more reliable information can be provided for analyzing absorption / reflection / transmission characteristics.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전영역 MAS 스캐닝 시스템의 구성,
도 2는, 도 1에 도시된 스캐닝 시스템의 블럭도,
도 3은 PC에서 실행되는 SW에서 제공하는 환경 설정 탭,
도 4는 PC에서 실행되는 SW에서 제공하는 결과 탭,
도 5는 3차원 데이터 어레이 구조, 지점별 보기(Point-wise View) 및 프레임 별 보기(Frame-wise View)를 나타낸 도면,
도 7은 입력 및 출력 신호 관계를 나타낸 듀얼 포트 네트워크,
도 8은 알루미늄 시편,
도 9는, 도 8에 도시된 알루미늄 시편에 대한 스펙트럼 동영상에서 10.50GHz의 정지 스펙트로그램(스캔간격 25 mm),
도 10은 알루미늄 시편의 서로 다른 지점들에서 주파수 응답들,
도 11은 다층 복합 MAS의 구성,
도 12는 다층 복합 MAS의 테스트 환경을 촬영한 사진,
도 13은 다층 복합 MAS에 대한 스펙트럼 동영상 중 특정 4개의 주파수에 대한 정지 스펙트로그램(스캔간격 10 mm),
도 14는 다층 복합 MAS의 중간 지점에서 주파수 응답,
도 15는 MUT 방향 회전의 설명에 제공되는 도면, 그리고,
도 16은 초점형 혼 안테나들의 배치를 다르게 구성한 도면이다.FIG. 1 is a block diagram illustrating a configuration of a full-area MAS scanning system according to an exemplary embodiment of the present invention,
Fig. 2 is a block diagram of the scanning system shown in Fig. 1,
3 shows a configuration tab provided by the SW running on the PC,
4 shows a result tab provided by the SW running on the PC,
5 is a view showing a three-dimensional data array structure, a point-wise view and a frame-wise view,
7 shows a dual port network showing input and output signal relationships,
Fig.
Fig. 9 is a graph showing the results of a spectrogram of the aluminum specimen shown in Fig. 8 at a stop spectrogram (scan interval 25 mm) of 10.50 GHz,
10 shows frequency responses at different points of the aluminum specimen,
11 is a diagram showing the configuration of a multilayer composite MAS,
12 is a photograph of the test environment of the multi-layer composite MAS,
Fig. 13 is a graph showing the results of a stop spectrogram (scan interval 10 mm) for four specific frequencies among spectral moving images for a multilayer composite MAS,
14 is a graph showing the frequency response at the midpoint of the multi-layer composite MAS,
Fig. 15 is a view provided for explaining the MUT direction rotation, and Fig.
FIG. 16 is a view showing a different arrangement of the focusing horn antennas.

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

1. 시스템 구성/동작1. System Configuration / Operation

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전영역 MAS(Microwave Absorbing Structures : 마이크로파 흡수 구조물) 스캐닝 시스템의 구성을 나타낸 도면이고, 도 2는 도 1에 도시된 스캐닝 시스템의 블럭도이다.FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a whole area MAS (Microwave Absorbing Structures) scanning system according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a block diagram of the scanning system shown in FIG.

본 발명의 실시예에 따른 전영역 MAS 스캐닝 시스템은, MAM(Microwave Absorbing Materials : 마이크로파 흡수 물질) 기반 구조물인 MAS(예를 들면, 레이돔 및 스텔스 구조물)의 마이크로파 흡수/반사/투과 특성을 분석하기 위한 시스템으로, MUT(MAS Under Test)의 전영역에 대해 스캔 가능하다.The entire area MAS scanning system according to an embodiment of the present invention can be used for analyzing microwave absorption / reflection / transmission characteristics of MAS (microwave absorbing material) -based structures (for example, radome and stealth structure) System, it is scanable over the entire area of MUT (MAS Under Test).

구체적으로, 본 발명의 실시예에 따른 전영역 MAS 스캐닝 시스템은, MUT(10)의 전영역 또는 원하는 일부 영역에서 다수의 지점들을 스캔하여, 각 지점들에서 MUT(10)의 S-파라미터들과 고유 특성을 측정/기록한다.Specifically, the entire area MAS scanning system according to the embodiment of the present invention scans a plurality of points in the entire area or a desired part of the MUT 10, and calculates S-parameters of the MUT 10 at each point Measure / record intrinsic properties.

이에 의해, 제조 과정상 문제로 인해 설계 사양을 따르지 않은 영역을 탐색할 수 있어 설계와 제작에서 최적화에 유용하며 납품 시 전수검사 기술로 활용가능하고, 조립 시 주변 구조와의 간섭, 외부 요인이나 노후로 인한 전자기적 성능 저하를 파악하여 수리 및 교체를 결정하기 위한 구조 모니터링이 가능하다.This makes it possible to search for areas that do not conform to the design specifications due to problems in the manufacturing process, so that it is useful for optimization in design and manufacturing, and can be used as an inspection technique for delivery. To monitor the electromagnetic performance degradation caused by the structure, and to monitor the structure to determine the repair and replacement.

이와 같은 기능을 수행하는 본 발명의 실시예에 따른 전영역 MAS 스캐닝 시스템은, 초점형 혼 안테나(Focused Horn Antenna)들(111, 112), 2축 자동 이동 스테이지(Dual-axis Translation Stage)(120), VNA(Vector Network Analyzer : 벡터 네트워크 분석기)(130) 및 PC(140)를 포함하여 구축된다.The entire area MAS scanning system according to the embodiment of the present invention performing such functions includes focusing Horn antennas 111 and 112, a dual-axis translation stage 120 ), A VNA (Vector Network Analyzer: Vector Network Analyzer) 130, and a PC 140.

초점형 혼 안테나들(111, 112)은 MUT(10)로 마이크로파(20)를 송수신하며, 저손실 케이블로 VNA(130)에 연결되어 있다. 초점형 혼 안테나들(111, 112)은 MUT(10)의 가장 자리에서의 회절 효과와 안테나들 사이에서의 다중 반사에 의한 오류를 최소화하는 데 유용하다.The focusing horn antennas 111 and 112 transmit and receive the microwave 20 to and from the MUT 10 and are connected to the VNA 130 with a low loss cable. Focused horn antennas 111 and 112 are useful for minimizing the diffraction effect at the edge of the MUT 10 and errors due to multiple reflections between the antennas.

X-밴드(8.2GHz ~ 12.4GHz)에서 MUT(10)의 성능 평가가 가능하도록, 초점형 혼 안테나들(111, 112) 모두 초점 길이가 430mm이고 빔 허리(Beam Waist)는 30mm로 구현가능한데, 사양을 변경하여 C-밴드, Ku-밴드 혹은 다수의 밴드를 포함하는 브로드밴도에 대해서도 MUT(10)의 성능 평가가 가능하도록 할 수 있다.In order to enable the performance evaluation of the MUT 10 in the X-band (8.2 GHz to 12.4 GHz), the focal horn antennas 111 and 112 can have a focal length of 430 mm and a beam waist of 30 mm, The performance of the MUT 10 can be evaluated for a broadband including a C-band, a Ku-band, or a plurality of bands by changing the specifications.

VNA(130)는, 1) EM 신호(ElectroMagnetic)를 생성하여 송수신 포트를 통해 초점형 혼 안테나-1(111)에 전달하여 MUT(10)에 마이크로파(20)를 조사하고, 2) MUT(10)에서 반사된 마이크로파(20)를 초점형 혼 안테나-1(111)를 통해 송수신 포트로 수신하고, 3) MUT(10)를 투과한 마이크로파(20)를 초점형 혼 안테나-2(112)를 통해 수신 포트로 수신한다.The VNA 130 generates 1) an electromagnetic signal and transmits it to the focus type horn antenna-1 111 through the transmission / reception port to irradiate the microwave 20 to the MUT 10 and 2) Receiving the microwave 20 reflected from the microwave antenna 20 through the focal horn antenna-1 111 through the transmitting and receiving port and 3) receiving the microwave 20 transmitted through the MUT 10 through the focal horn antenna- To the receiving port.

VNA(130)는 커플러 또는 브리지를 통해 수신된 마이크로파들을 분리하고 각 파의 크기와 위상을 측정하여, S-파라미터를 측정한다. 그리고, VNA(130)는 측정된 S-파라미터를 이용하여, μ와 ε의 실수부와 허수부를 계산한다.The VNA 130 separates the microwaves received through the coupler or bridge, measures the magnitude and phase of each wave, and measures the S-parameter. Then, the VNA 130 calculates the real part and the imaginary part of [mu] and [epsilon] using the measured S-parameter.

측정된 S-파라미터(S₁₁, S₂₁) 및 계산된 복소 투자율(μ)와 복소 유전율(ε)의 실수부와 허수부로 구성되는 6개의 파라미터들은 VNA(130)에서 PC(140)으로 전달된다. 파라미터 측정/계산에 대해서는 상세히 후술한다.Six parameters consisting of the measured S-parameters S ₁₁ and S ₂₁ and the calculated complex permeability μ and the real and imaginary parts of the complex permittivity ε are transferred from the VNA 130 to the PC 140 . The parameter measurement / calculation will be described in detail later.

2축 자동 이동 스테이지(120)는 MUT(10)의 래스터 스캐닝(Raster Scanning)을 위해, 위치가 고정된 초점형 혼 안테나들(111, 112) 사이에서 MUT(10)의 위치를 수평 축(도 1의 좌표계에서 x 축)과 수직 축(도 1의 좌표계에서 y 축)에 따라 선형 이동시키기 위한 구성으로, 도 2에 도시된 바와 같이, 수직 선형 이동 스테이지(121), 브래킷(122) 및 수평 선형 이동 스테이지(123)를 포함한다.The two-axis automatic moving stage 120 moves the position of the MUT 10 between the fixed-focus horn antennas 111 and 112 to the horizontal axis (FIG. 1) for raster scanning of the MUT 10 2, the vertical linear moving stage 121, the bracket 122, and the horizontal (horizontal) moving stage 121 are arranged to linearly move along the vertical axis (the y axis in the coordinate system of FIG. 1) And a linear movement stage 123.

수직 선형 이동 스테이지(121)에는 MUT(10)가 장착되는 브래킷(122)이 결합되어 있으며, 수직 선형 이동 스테이지(121)는 MUT(10)가 장착된 브래킷(122)을 수직 방향으로 선형 이동시킨다.The vertical linear moving stage 121 is coupled with a bracket 122 on which the MUT 10 is mounted and the vertical linear moving stage 121 linearly moves the bracket 122 on which the MUT 10 is mounted .

수평 선형 이동 스테이지(123)에는 수직 선형 이동 스테이지(121)가 이동 가능하도록 결합되어 있다. 수평 선형 이동 스테이지(123)에 의해 수직 선형 이동 스테이지(121)이 수평 방향으로 선형 이동되어, 궁극적으로 수직 선형 이동 스테이지(121)에 결합된 브래킷(122)에 장착된 MUT(10)가 수평 방향으로 선형 이동된다.The horizontal linear moving stage 123 is movably coupled to the vertical linear moving stage 121. The vertical linear movement stage 121 is linearly moved in the horizontal direction by the horizontal linear movement stage 123 so that the MUT 10 mounted on the bracket 122 ultimately coupled to the vertical linear movement stage 121 is moved in the horizontal direction As shown in FIG.

2축 자동 이동 스테이지(120)의 수평/수직 이동은 후술할 PC(140)에 의해 자동으로 제어되는데, 사용자에 의한 수동 이동도 가능하다. 이를 테면, 검사 시작 전에 사용자가 원하는 위치로 MUT(10)를 이동시킬 수 있다.The horizontal / vertical movement of the two-axis automatic movement stage 120 is automatically controlled by the PC 140 described later, and manual movement by the user is also possible. For example, the user can move the MUT 10 to a desired position before starting the inspection.

PC(140)는, 1) 2축 자동 이동 스테이지(120)와 VNA(130)의 환경을 설정하고, 2) 2축 자동 이동 스테이지(120)와 VNA(130)의 동작을 제어/동기화 하며, 3) VNA(130)의 측정 결과를 가시화하고 사용자의 요청에 맞는 형태로 편집하기 위한 SW가 설치/실행된다.The PC 140 sets 1) the environment of the 2-axis automatic movement stage 120 and the VNA 130, 2) controls / synchronizes the operation of the 2-axis automatic movement stage 120 and the VNA 130, 3) The SW for visualizing the measurement result of the VNA 130 and editing it according to the request of the user is installed / executed.

설정하는 VNA(130)의 환경에는, 주파수 스윕 범위, 스윕 지점들, 파워 및 주파수 간격 등이 포함된다.The environment of the VNA 130 to be set includes a frequency sweep range, sweep points, power and frequency intervals, and the like.

그리고, 설정하는 2축 자동 이동 스테이지(120)의 환경에는, 스캔 영역의 폭과 높이 및 스캔 간격 등이 포함된다. 여기서, 스캔 영역의 폭과 높이는 스캔 영역의 한계(범위)를 결정하고, 스캔 간격은 스캔 영역 내에서 연속하는 측정 점들 간의 거리이다.The environment of the two-axis automatic movement stage 120 to be set includes the width and height of the scan area, the scan interval, and the like. Here, the width and height of the scan area determine the limit (range) of the scan area, and the scan interval is the distance between successive measurement points in the scan area.

인접한 스캔 지점들은 각 스캔 영역의 가장 자리가 일부 겹치도록 스캔 간격을 설정하는 것이 좋지만, 반드시 그렇게 하여야 하는 것은 아니다. 즉, 인접한 스캔 지점들이 겹치지 않도록 스캔 간격을 설정하여도 무방하다.Although it is preferable to set the scan interval so that the edge portions of the respective scan regions partially overlap with each other, this is not necessarily so. That is, the scan interval may be set so that adjacent scan points do not overlap.

도 3에는 PC(140)에서 실행되는 SW에서 제공하는 환경 설정 탭을 도시하였고, 도 4에는 SW에서 제공하는 결과 탭을 도시하였다.FIG. 3 shows a configuration tab provided by the SW executed by the PC 140, and FIG. 4 shows a result tab provided by the SW.

MUT(10)의 해당 영역을 래스터 스캔하기 위해, PC(140)는 환경 설정 내용에 따라 VNA(130)와 2축 자동 이동 스테이지(120)의 동작을 제어한다. 구체적으로, PC(140)는 2축 자동 이동 스테이지(120)에 의해 MUT(10)의 스캔 대상지점이 초점형 혼 안테나-1(111)의 초점에 위치하게 되면 VNA(130)를 트리거하여 설정 환경에 따라 주파수를 스윕시킨다.In order to raster scan the corresponding area of the MUT 10, the PC 140 controls the operations of the VNA 130 and the two-axis automatic movement stage 120 according to the setting contents. Specifically, when the point to be scanned by the MUT 10 is positioned at the focal point of the focal horn antenna-1 111 by the two-axis automatic movement stage 120, the PC 140 triggers the VNA 130 to set Sweep frequency according to environment.

PC(140)는 VNA(130)로부터 전달되는 6개의 파라미터들을 3차원 데이터 어레이에 구분하여 저장한다. 3차원 데이터 어레이의 MUT(10)의 높이, MUT(10)의 너비, 마이크로파의 주파수를 축들로 하는 데이터 DB이다.The PC 140 stores six parameters transmitted from the VNA 130 in a three-dimensional data array. The height of the MUT 10 of the three-dimensional data array, the width of the MUT 10, and the frequency of the microwave are axes.

도 5의 좌측에 3차원 데이터 어레이의 구조를 나타내었다. 파라미터의 개수가 6개이므로, 하나의 MUT(10)에 대해 총 6개의 3차원 데이터 어레이가 생성/저장된다.The structure of the three-dimensional data array is shown on the left side of FIG. Since the number of parameters is six, a total of six three-dimensional data arrays are generated / stored for one MUT 10.

PC(140)는 저장된 3차원 데이터 어레이를 다양하게 구성/편집함으로써, MUT(10)의 특성 측정 결과를 사용자가 원하는 측면으로 표현할 수 있는데, 도 5의 우측에 2가지 예시가 있다.The PC 140 can express the characteristic measurement result of the MUT 10 in terms of the user's desired by variously configuring / editing the stored three-dimensional data array. In the right side of FIG. 5, there are two examples.

도 5의 우측 상부에는 지점별 보기(Point-wise View)를 나타내었다. 이는, 특정 지점(이를 테면, 사용자가 선택한 지점)에서 주파수 변화에 따른 파라미터의 크기 변화를 보여준다. 스윕된 주파수 범위에 대한 응답으로, 특정 지점의 성능을 분석하는데 유용하다.A point-wise view is shown in the upper right part of FIG. This shows the change in the magnitude of the parameter according to the frequency change at a specific point (for example, a point selected by the user). It is useful for analyzing the performance of a specific point in response to a swept frequency range.

도 5의 우측 하부에는 프레임 별 보기(Frame-wise View)를 나타내었다. 이는, 특정 주파수에서 MUT(10)의 전영역에 대한 파라미터의 크기 분포를 보여주는 스펙트로그램으로, 3차원 데이터 어레이를 특정 주파수에서 주파수 축에 수직하게 슬라이스 한 2차원 데이터에 해당한다. 특정 주파수에 대해 MUT(10)에서의 이질적인 영역을 발견하는데 유용하다.A frame-wise view is shown in the lower right of FIG. This is a spectrogram showing the magnitude distribution of the parameters for the entire region of the MUT 10 at a specific frequency, and corresponds to two-dimensional data obtained by slicing the three-dimensional data array perpendicularly to the frequency axis at a specific frequency. Which is useful for finding heterogeneous regions in the MUT 10 for a particular frequency.

한편, 프레임 별 보기를 주파수 변화에 따라 연속하여 나타낼 수 있는데, 즉, 주파수 변화에 따른 전영역의 스펙트로그램들을 시간 축으로 나타낼 수 있는데, 이 경우 MUT(10)의 흡수/반사/투과 특성을 주파수별 공간 스펙트럼으로 동영상으로 가시화할 수 있다.In this case, the absorption / reflection / transmission characteristics of the MUT 10 can be expressed in terms of frequency, frequency, and frequency. In this case, You can visualize it as a movie with a spatial spectrum of stars.

도 6에는 본 발명의 실시예에 따른 전영역 MAS 스캐닝 시스템을 실제작하여 촬영한 사진이다. 도 6에 도시된 따르면, 초점형 혼 안테나-2(112)의 후방, 즉, 마이크로파를 송신하는 초점형 혼 안테나-1(111)에 대향하는 MUT(10)의 배경에 EM 흡수 폼(EM Absorbing Foam)(150)이 배치되어 있는 것을 확인할 수 있는데, 이는 원하지 않는 반사를 방지하기 위한 구성이다.FIG. 6 is a photograph of a full-area MAS scanning system according to an embodiment of the present invention, which is actually produced. 6, an electromagnetic wave absorptive form (EM Absorbing) is formed on the back of the focus horn antenna-2 112, that is, on the background of the MUT 10 opposed to the focus horn antenna- Foam 150 is disposed on the surface of the substrate 110. This is a structure for preventing undesired reflection.

2. 측정2. Measurement

S-파라미터(Scattering parameters : 산란 계수)들은 네트워크 포트들의 신호들에 대한 반사/투과 응답을 나타낸다. 이 네트워크는 수동 안테나, 능동 앰프 또는 자유 공간에 있는 MUT(10)와 같은 테스트 중인 어떠한 장치일 수 있다. 포트들이 있는 네트워크가 주어지면, S-파라미터는 해당 포트에서 발생한 입사파와 반사파 간의 크기 및 위상 관계를 나타낸다. S-파라미터는 수신기 포트와 소스 포트를 나타내기 위한 첨자가 할당되는데, 이를 테면, S_ij에서 i는 수신기 포트를 나타내고 j는 소스 포트를 나타낸다.S-parameters (scattering parameters) represent the reflection / transmission response to the signals of the network ports. The network may be any device under test, such as a passive antenna, active amplifier, or MUT 10 in free space. Given a network with ports, the S-parameter indicates the magnitude and phase relationship between the incident wave and reflected wave at that port. The S-parameter is assigned a suffix to indicate the receiver port and the source port, for example, i represents the receiver port and j represents the source port in S _ij .

도 7은 a와 b가 각각 입력 및 출력 신호들을 나타내는 2-포트 네트워크를 예시한 도면이다. 식 1에서 나타난 바와 같이, 각 포트의 출력은 포트들에서 네트워크로 들어오는 신호들의 선형 결합이다.7 is a diagram illustrating a two-port network in which a and b represent input and output signals, respectively. As shown in Equation 1, the output of each port is a linear combination of the signals coming into the network from the ports.

(1)

(One)

매칭/특성 임피던스로 개별 포트들을 종단하면, 개별 S-파라미터들을 식 2와 같이 측정할 수 있다.When individual ports are terminated with matching / characteristic impedance, the individual S-parameters can be measured as shown in Equation 2.

(2)

본 발명의 실시예에서는, S-파라미터를 측정하기 위해 VNA(130)가 사용된다고 전술한 바 있다. VNA(130)는 측정된 S-파라미터를 이용하여, Nicolson-Ross 모델을 통해, μ와 ε의 실수부와 허수부를 계산할 수 있다.In the embodiment of the present invention, it has been described that the VNA 130 is used for measuring the S-parameter. VNA 130 can calculate the real and imaginary parts of [mu] and [epsilon] through the Nicolson-Ross model using the measured S-parameters.

MUT(10)의 반사 계수(Γ)는 입사된 마이크로파가 반사되는 정도를 나타낸다. 이는 자유 공간의 임피던스 뿐만 아니라 MUT(10)의 임피던스에 의존한다. MUT(10)의 임피던스가 자유 공간의 임피던스에 더 가까이 일치하면, 결과적으로 MUT(10)로부터의 반사량이 적어지고 식 3으로 표현되는 Γ의 값이 더 작아진다.The reflection coefficient (?) Of the MUT 10 indicates the degree of reflection of the incident microwave. This depends not only on the impedance of the free space but also on the impedance of the MUT 10. When the impedance of the MUT 10 more closely matches the impedance of the free space, the amount of reflection from the MUT 10 is consequently reduced and the value of Γ expressed by Equation 3 becomes smaller.

(3)

여기서, Z_fs는

으로 표현되는 자유 공간의 임피던스를 나타내고, Z_mut는 air-MUT 인터페이스에서의 임피던스이다.Here, Z _fs

, And _Zmut is the impedance at the air-MUT interface.

데시벨(dB) 단위의 반사 손실은 식 4에 표현된 것처럼 MUT(10)의 반사율을 평가하는 데 사용될 수 있다.The reflection loss in decibels (dB) can be used to evaluate the reflectivity of the MUT (10) as expressed in Equation (4).

(4)

따라서, MUT(10)의 반사율을 평가하기 위해 Z_mut가 계산되어야 한다. MUT(10)의 두께가 조사되는 EM 파의 파장(λ) 보다 작다고 가정하면, 이는 식 5를 이용하여 계산할 수 있다.Therefore, Z _mut must be calculated to evaluate the reflectance of the MUT 10. Assuming that the thickness of the MUT 10 is smaller than the wavelength? Of the irradiated electromagnetic wave, this can be calculated using Equation (5).

(5)

여기서, μ는 (μ'-jμ'')에 의해 주어지는 복소 투자율이고, ε는 (ε'-jε'')에 의해 주어진 복소 유전율이며, c는 빛의 속도이고, f는 주파수이고, d는 흡수체의 두께이다. 식 5는 제로 반사 조건 또는 임피던스 정합 방정식에 해당한다.Where c is the speed of light, f is frequency, and d is the complex permittivity given by (? '- j?' ' It is the thickness of the absorber. Equation 5 corresponds to the zero reflection condition or the impedance matching equation.

3. 교정(Calibration)3. Calibration

제조시에 VNA(130)의 구성 요소들을 교정하였다 하더라도, VNA(130)에 의한 정확한 측정을 위해서는 사전에 적절한 교정이 필요하며, 필요한 교정의 상당 부분은 측정 설정에 따라 다르다. 따라서, 새로운 MUT(10)를 검사하기 전에 매번 교정 절차를 수행해야 한다. 이 교정은 장비 포트 매칭, 지향성, 주파수 응답 및 격리(isolation)와 관련한 불완전함을 제거한다.Even if the components of the VNA 130 are calibrated at the time of manufacture, proper calibration by the VNA 130 is required beforehand, and a significant portion of the calibration required depends on the measurement setup. Therefore, the calibration procedure must be performed each time before checking the new MUT 10. This calibration eliminates imperfection associated with equipment port matching, directivity, frequency response and isolation.

VNA가 지원하는 여러 종류의 교정이 있으며, 각각 고유한 장점과 단점이 있지만, GRL(Gated Reflect Line) 교정은 TRL(Through-Line Reflect)과 RTM(Thru-Reflect-Match)과 같은 다른 자유 공간 교정 기법들 보다 우수한 결과를 보인다.Gated Reflect Line (GRL) calibrations can be used for other free space corrections such as Through-Line Reflect (TRL) and Thru-Reflect-Match (RTM), although there are several types of calibrations supported by the VNA, each with its own advantages and disadvantages. Techniques.

GRL 교정을 위해서는 먼저 케이블 끝에서 SOLT(short-open-load-thru) 교정이 수행되어야 한다. 다음, 주파수 범위(frequency span), 스윕 포인트 수, 금속판의 두께 및 MUT를 포함한 측정 계수가 설정된다. 또한, 게이팅 및 게이트 특성에 대한 시작 및 중지 시간을 설정하여야 한다.For GRL calibration, short-open-load-thru (SOLT) calibration must be performed at the end of the cable. Next, the measurement parameters including the frequency span, the number of sweep points, the thickness of the metal plate, and the MUT are set. In addition, start and stop times for gating and gate characteristics should be set.

교정 중에 빈 샘플 홀더와 알려진 두께의 금속판이 측정된다. 최상의 결과를 위해, 교정에 사용되는 금속판의 두께는 MUT의 두께와 동일해야 한다.During calibration, an empty sample holder and a plate of known thickness are measured. For best results, the thickness of the metal plate used for calibration should be equal to the thickness of the MUT.

안테나 케이블은 나중에 변경되지 않으므로, SOLT 교정은 시스템 구축시 한 번만 수행된다. 하지만, 자유 공간 측정의 민감한 특성 때문에, 정확한 결과를 얻으려면, GRL 교정 절차를 측정 전에 매번 수행해야 한다.Since the antenna cable will not change later, the SOLT calibration is performed only once during system construction. However, due to the sensitive nature of the free space measurement, to obtain accurate results, the GRL calibration procedure must be performed each time before measurement.

자유 공간 측정과 관련된 오류는 대부분 MUT(10)의 가장 자리에서의 회절 효과와 안테나들(111,112) 사이에서의 다중 반사와 관련이 있다. GRL 교정은 다중 반사로 인한 오류를 제거하여 준다.Errors associated with free space measurements are mostly related to the diffraction effect at the edge of the MUT 10 and multiple reflections between the antennas 111 and 112. GRL calibration eliminates errors due to multiple reflections.

4. 실험 결과4. Experimental results

4.1 알루미늄 플레이트4.1 Aluminum plate

본 발명의 실시예에 따른 전영역 MAS 스캐닝 시스템의 성능을 검증하기 위해, 알루미늄 판(너비: 290mm, 높이: 220mm, 두께: 1.7mm)을 스캔하였다. 검사는 폭 475mm, 높이 350mm, 간격 25mm의 스캔 영역으로, X-밴드 주파수 범위에서 스윕 포인트 801개를 사용하여 수행되었다.In order to verify the performance of the entire area MAS scanning system according to the embodiment of the present invention, an aluminum plate (width: 290 mm, height: 220 mm, thickness: 1.7 mm) was scanned. The inspection was performed using a sweep point of 801 in the X-band frequency range, with a scan area of 475 mm wide, 350 mm high and 25 mm spacing.

도 8은 알루미늄 시편이고, 도 9는 도 8의 알루미늄 시편에 대한 10.50GHz에서의 스펙트로그램이다. 알루미늄은 마이크로파의 완전한 반사체이기 때문에, 도 9에 나타난 바와 같이, 스펙트로그램은 배경에 있는 EM 흡수 폼(150)과 대조적으로 브래킷(122)에 장착된 시편(10)을 분명하게 보여준다. 도시된 결과는 시편의 모양뿐만 아니라 정확한 너비와 높이를 보여준다. 또한, 결과적으로 에지 둘레의 반사율은 평면과 비교할 때 좋지 않다는 것이 명백하게 나타나 있다. 이것은 마이크로파 회절 및 시편의 가장자리에서 부분 조사 가능성이다. 브래킷(122)에 의한 마이크로파 반사를 스펙트로그램의 중간 아래에서 확인할 수 있다. 도 9에 제시된 스펙트로그램을 X-밴드 주파수 범위의 다른 주파수들에 대해서도 순차적으로 가시화하여, 프레임 별 보기(Frame-wise View), 즉 주파수별 보기를 제공할 수 있다. Fig. 8 is an aluminum specimen, and Fig. 9 is a spectrogram at 10.50 GHz for the aluminum specimen of Fig. Since the aluminum is a complete reflector of the microwave, the spectrogram clearly shows the specimen 10 mounted on the bracket 122 as opposed to the EM absorbing foam 150 in the background, as shown in FIG. The results shown show not only the shape of the specimen, but also the exact width and height. It is also evident that the result is that the reflectance around the edge is not as good as compared to the plane. This is a possibility of microwave diffraction and partial irradiation at the edge of the specimen. Reflection of the microwave by the bracket 122 can be confirmed in the middle of the spectrogram. The spectrogram shown in FIG. 9 can be sequentially visualized for other frequencies in the X-band frequency range to provide a frame-wise view, i.e., frequency-based viewing.

스캔한 각기 다른 지점들에서 주파수 응답을 보여주기 위해, 스펙트로그램에 표시된 서로 다른 지점들(1~4)에 대한 지점별 보기(Point-wise View)를 도 10에 제시하였다.In order to show the frequency response at different points scanned, a point-wise view of the different points (1 to 4) shown in the spectrogram is shown in FIG.

도 10의 (a)는 완전 반사 시편의 중심에 있는 지점 1에서의 측정 결과로, 반사율에 있어 손실은 전혀 관찰되지 않으며, S₁₁ 값은 전체 X-대역 범위에서 약 0dB이다.Figure 10 (a) is a measurement in one point in the center of total reflection specimen, in the reflection loss is not observed at all, S ₁₁ value is about 0dB in the whole X- band range.

도 10의 (b)와 (c)는 지점 2와 지점 3에서의 측정 결과로, 이 지점들은 시편의 가장자리에 위치하므로, 회절 및 모서리에서의 부분 조사 가능성으로 인해 S₁₁ 값이 낮아진다. 이를 더 명확히 관찰하기 위해서는 스캔 간격을 작게 할 수 있다.Figures 10 (b) and 10 (c) show the measurement results at points 2 and 3, and since these points are located at the edge of the specimen, the value of S ₁₁ is lowered due to the possibility of diffraction and partial illumination at the edges. The scan interval can be reduced to observe more clearly.

마지막으로, 도 10의 (d)는 배경에 위치한 EM 흡수 폼의 영역인 지점 4의 측정 결과로, 전체 주파수 범위에서 -30dB보다 훨씬 낮은 S₁₁을 보여준다.Finally, Figure 10 (d) shows S _11, which is much lower than -30 dB over the entire frequency range, as a result of measurement at point 4, the area of the EM absorption foam located in the background.

4.2 주파수 선택적 마이크로파 흡수 재료(Frequency Selective Microwave Absorbing Material)4.2 Frequency Selective Microwave Absorbing Material

ADD(Agency for Defense Development)에서 개발한 다층 복합 MAS(Multilayer Composite MAS)에 대해, 본 발명의 실시예에 따른 전영역 MAS 스캐닝 시스템으로 마이크로파 반사/흡수 특성을 파악하였다.For the multilayer composite MAS developed by the Agency for Defense Development (ADD), the microwave reflection / absorption characteristics of the whole area MAS scanning system according to the embodiment of the present invention were grasped.

다층 복합 MAS(Multilayer Composite MAS)는 4개의 계층으로 구성되는데, 구체적으로, 도 11에 도시된 바와 같이, 폴리이미드(PI) 층의 다음에 주기적으로 패턴화된 카본 페이스트 층이 위치하고, 그 다음에 스페이서 역할을 하는 GFRP(glass fiber reinforced plastic) 층이 위치하며, 마지막으로 구리로 만들어진 PEC(perfect electric conductor) 층이 위치한다.Multilayer Composite MAS (MAS) is composed of four layers. Specifically, as shown in FIG. 11, a periodically patterned carbon paste layer is positioned next to a polyimide (PI) layer, and then A glass fiber reinforced plastic (GFRP) layer serving as a spacer, and finally a perfect electric conductor (PEC) layer made of copper.

도 12는 다층 복합 MAS의 테스트 환경을 촬영한 사진이다. 도 12에 나타난 바와 같이, 다층 복합 MAS를 알루미늄 플레이트 위에 붙여서 이종재료로 구성된 MAS로 구성하였고 , 테스트 중 브래킷이 겹치지 않도록 하였다. 검사된 시편은 알루미늄 판(너비: 600mm, 높이: 600mm, 두께: 4mm) 위에 다층 복합 MAS 섹션(폭: 150mm, 높이: 150mm, 두께: 2.5mm)으로 구성된다. 폭 725mm, 높이 600mm, 간격 10mm, 주파수 스윕 포인트 801 개, 주파수영역 8.2~12.4GHz의 스캔 조건이 검사에 사용되었다.12 is a photograph of a test environment of a multi-layer composite MAS. As shown in Fig. 12, the multi-layer composite MAS was bonded to an aluminum plate to form a MAS composed of different materials, and the brackets were not overlapped during the test. The test specimens consisted of a multilayer composite MAS section (width: 150 mm, height: 150 mm, thickness: 2.5 mm) on an aluminum plate (width: 600 mm, height: 600 mm, thickness: 4 mm) A scan condition of width 725 mm, height 600 mm, interval 10 mm, frequency sweep point 801, frequency range 8.2 to 12.4 GHz was used for the test.

도 13은 다층 복합 MAS에 대한 여러 주파수에서 스펙트럼 동영상의 정지화면 스펙트로그램(프레임)들이다. 이 주파수에서 다층 복합 MAS가 주위의 알루미늄 부분 보다 우수한 흡수성을 갖는 것은 스펙트로그램을 통해 알 수 있다. 또한, 이 결과는 다층 복합 MAS과 알루미늄 플레이트의 경계를 분명히 보여준다. 스펙트로그램의 왼쪽 하단에 있는 응답은 브래킷에서 나온 것이고, 다층 복합 MAS의 응답은 아니다. 도 13에 제시된 스펙트로그램을 X-밴드 주파수 범위의 다른 주파수들에 대해서도 순차적으로 가시화하여, 프레임 별 보기(Frame-wise View)를 제공할 수 있다.FIG. 13 shows still picture spectrograms (frames) of spectral video at various frequencies for a multi-layer composite MAS. At this frequency it can be seen from the spectrogram that the multilayer composite MAS has better absorbency than the surrounding aluminum part. This result also clearly shows the boundary between the multilayer composite MAS and the aluminum plate. The response at the bottom left of the spectrogram is from the bracket, not the response of the multilayer composite MAS. The spectrogram shown in FIG. 13 can be sequentially visualized for other frequencies in the X-band frequency range to provide a frame-wise view.

도 14는 다층 복합 MAS의 중간 지점에서 주파수 응답이다. 도시된 바와 같이, 다층 복합 MAS는 9.9GHz 이상에서 -10dB 미만의 S₁₁ 값을 갖으며, 최대 주파수에서 최대 흡수가 일어나는 광대역 주파수 흡수 특성을 보여준다. 따라서, 다층 복합 MAS의 공진 주파수가 X-밴드 밖에 있다고 볼 수 있다.14 is a frequency response at the midpoint of a multi-layer composite MAS. As shown, the multi-layer composite MAS has a S ₁₁ value of less than -10 dB at 9.9 GHz and exhibits a broadband frequency absorption characteristic with maximum absorption at the maximum frequency. Therefore, it can be seen that the resonance frequency of the multilayer composite MAS is outside the X-band.

5. 변형예5. Modifications

지금까지, 전영역 MAS 스캐닝 시스템 및 방법에 대해 바람직한 실시예를 들어 상세히 설명하였다.Up to now, a full area MAS scanning system and method have been described in detail with preferred embodiments.

본 발명의 실시예에 따른 전영역 MAS 스캐닝 시스템은, 초점형 혼 안테나, 2축 자동 이동 스테이지, VNA 및 PC를 포함하여 구축되고, X-대역 주파수 범위(8.2GHz ~ 12.4GHz)를 포함한 다양한 주파수 범위에서 작동하며, S₁₁, S₂₁의 크기, 복소 유전율(ε), 복소 투자율 (μ)의 실수부와 허수부의 6가지 계수를 측정한다.The entire area MAS scanning system according to the embodiment of the present invention is constructed to include a focus horn antenna, a 2-axis automatic movement stage, a VNA, and a PC, and has a variety of frequencies including an X-band frequency range (8.2 GHz to 12.4 GHz) , And measures the magnitude of S ₁₁ and S ₂₁ , the complex permittivity (ε), the real part of the complex permeability (μ) and the six coefficients of the imaginary part.

본 발명의 실시예에 따른 전영역 MAS 스캐닝 시스템은, 오류가 없는 측정을 위해 GRL 교정을 적용할 수 있으며, 측정 결과는 3차원 데이터 구조에 저장하고, 다양한 편집을 통해 가시화할 수 있다.The entire area MAS scanning system according to the embodiment of the present invention can apply GRL correction for error-free measurement, and the measurement results can be stored in a three-dimensional data structure and visualized through various editing operations.

한편, 위 실시예에서 단일 안테나, 즉, 초점형 혼 안테나-1(111)만으로 S₁₁을 측정하고 MUT(10)의 이동이 아닌 초점형 혼 안테나-1(111)를 이동시켜 스캐닝할 수 있는데, 이 경우 소형화가 가능해 이동식 시스템으로 운용 중인 구조물(예를 들어 스탤스 전투기) 옆에서 활용할 수 있다.In the above embodiment, S ₁₁ is measured by using only a single antenna, that is, the focal horn antenna-1 111, and the focal horn antenna-1 111 can be moved and scanned instead of the movement of the MUT 10 In this case, it is possible to use it next to the structure that is being operated as a mobile system (for example, a Stealth fighter) because it can be miniaturized.

한편, 위 실시예에서 MUT(10)의 방향은 고정되어 있는 상태로 스캐닝이 이루어지는 것을 상정하였는데, 이에 대한 변형이 가능하다. 이를 테면, 도 15에 도시된 바와 같이, MUT가 장착된 브라켓을 정해진 각도 만큼씩 회전시켜 조사되는 마이크로파에 대한 MUT의 방향을 정해진 각도 만큼씩 회전시키는 회전 구동 수단(124)을 구비시키는 것이 가능하다.In the above embodiment, it is assumed that scanning is performed while the direction of the MUT 10 is fixed. For example, as shown in FIG. 15, it is possible to provide the rotation driving means 124 for rotating the bracket on which the MUT is mounted by a predetermined angle, and rotating the direction of the MUT with respect to the irradiated microwave by a predetermined angle .

나아가, 위 실시예에서는 초점형 혼 안테나-1(111)이 MUT(10)에서 반사되는 마이크로파를 수신하였는데, 도 16에 제시된 바와 같이 변형가능하다. 구체적으로, 초점형 혼 안테나-1(111)에서 MUT(10)로 비스듬하게 조사되어 반사되는 마이크로파를 초점형 혼 안테나-3(113)에서 수신하는 것이다. 이 경우, 초점형 혼 안테나-2(112)는 마이크로파 투과 축에 따라 배열하는 것이 필요하다.In addition, in the above embodiment, the focal horn antenna-1 111 receives the microwave reflected from the MUT 10, which can be modified as shown in FIG. Specifically, the focal horn antenna-1 (111) is irradiated obliquely to the MUT (10) and the reflected microwave is received by the focal horn antenna-3 (113). In this case, the focusing type horn antenna-2 112 needs to be arranged along the microwave transmission axis.

더 나아가, 도 16에 제시된 MAS 스캐닝 시스템은, 초점형 혼 안테나-1(111)과 초점형 혼 안테나-3(113)은 구비하되, 초점형 혼 안테나-2(112)는 생략하는 형태로 구현할 수 있다.The MAS scanning system shown in FIG. 16 further includes a focus horn antenna-1 111 and a focus horn antenna-3 113, and the focus horn antenna-2 112 is omitted. .

한편, 본 실시예에 따른 장치와 방법의 기능을 수행하게 하는 컴퓨터 프로그램을 수록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에도 본 발명의 기술적 사상이 적용될 수 있음은 물론이다. 또한, 본 발명의 다양한 실시예에 따른 기술적 사상은 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 기록된 컴퓨터로 읽을 수 있는 코드 형태로 구현될 수도 있다. 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터에 의해 읽을 수 있고 데이터를 저장할 수 있는 어떤 데이터 저장 장치이더라도 가능하다. 예를 들어, 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피 디스크, 광디스크, 하드 디스크 드라이브, 등이 될 수 있음은 물론이다. 또한, 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 저장된 컴퓨터로 읽을 수 있는 코드 또는 프로그램은 컴퓨터간에 연결된 유무선 네트워크를 통해 전송될 수도 있다.It goes without saying that the technical idea of the present invention can also be applied to a computer-readable recording medium having a computer program for performing the functions of the apparatus and method according to the present embodiment. In addition, the technical idea according to various embodiments of the present invention may be embodied in computer-readable code form recorded on a computer-readable recording medium. The computer-readable recording medium is any data storage device that can be read by a computer and can store data. For example, the computer-readable recording medium may be a ROM, a RAM, a CD-ROM, a magnetic tape, a floppy disk, an optical disk, a hard disk drive, or the like. In addition, computer readable code or programs stored on a computer readable recording medium may be transmitted over a wired or wireless network connected between computers.

또한, 이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안될 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, but, on the contrary, It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and detail may be made therein without departing from the spirit and scope of the present invention.

111, 112, 113 : 초점형 혼 안테나(Focused Horn Antenna)
120 : 2축 자동 이동 스테이지(Dual-axis Translation Stage)
130 : VNA(Vector Network Analyzer : 벡터 네트워크 분석기)
140 : PC
150 : EM 흡수 폼(EM Absorbing Foam)111, 112 and 113: Focused Horn Antenna
120: Dual-axis Translation Stage
130: Vector Network Analyzer (VNA)
140: PC
150: EM absorbing foam (EM Absorbing Foam)

Claims

MAS(Microwave Absorbing Structures)에 마이크로파를 조사하고, MAS에서 반사된 마이크로파를 수신하는 제1 안테나;
제1 안테나에서 조사되어 MAS를 반사 혹은 투과한 마이크로파를 수신하는 제2 안테나;
MAS의 위치를 이동시키는 이동 스테이지;
제1 안테나를 통해 마이크로파를 조사하고, 제1 안테나와 제2 안테나를 통해 수신된 마이크로파들로부터 측정 결과를 생성하는 분석기; 및
MAS의 전영역에서 다수의 지점들에 대해 측정이 이루어지도록, 이동 스테이지에 의한 MAS의 위치 이동과 분석기에 의한 마이크로파 조사를 연동 제어하며, 분석기로부터 전달받은 측정 결과를 가시화하는 컴퓨팅 장치;를 포함하고,
이동 스테이지는,
MAS가 장착되는 브래킷;
브래킷의 위치를 제1 축 상에서 이동시키는 제1 이동 스테이지; 및
제1 이동 스테이지의 위치를 제1 축에 수직한 제2 축 상에서 이동시키는 제2 이동 스테이지;를 포함하며,
컴퓨팅 장치는,
스캔 영역의 폭, 스캔 영역의 높이 및 스캔 지점들 간의 간격을 설정하여 이동 스테이지를 제어하고,
정해진 주파수 범위에서 MAS의 전영역에 대한 측정 결과를 가시화하는 것을 특징으로 하는 MAS 스캐닝 시스템.
A first antenna for irradiating a microwave to MAS (Microwave Absorbing Structures) and receiving microwaves reflected from the MAS;
A second antenna for receiving a microwave reflected from or transmitted through the MAS by the first antenna;
A moving stage for moving the position of the MAS;
An analyzer for irradiating a microwave through a first antenna and generating a measurement result from microwaves received through a first antenna and a second antenna; And
And a computing device for interlocking and controlling the movement of the MAS by the moving stage and the microwave irradiation by the analyzer so that the measurement is performed for a plurality of points in the entire area of the MAS and visualizing the measurement result transmitted from the analyzer ,
In the moving stage,
A bracket on which the MAS is mounted;
A first moving stage for moving the position of the bracket on the first axis; And
And a second moving stage for moving the position of the first moving stage on a second axis perpendicular to the first axis,
The computing device includes:
The movement stage is controlled by setting the width of the scan region, the height of the scan region, and the interval between the scan points,
Wherein the measurement result for the entire area of the MAS is visualized in a predetermined frequency range.

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청구항 1에 있어서,
MAS가 일정 각도 만큼 회전하도록 MAS가 장착된 브래킷을 회전시키는 회전부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 MAS 스캐닝 시스템.
The method according to claim 1,
And a rotation unit for rotating the bracket on which the MAS is mounted such that the MAS rotates by a predetermined angle.

청구항 1에 있어서,
컴퓨팅 장치는,
이동 스테이지에 의한 MAS의 위치 이동이 완료된 이후에, 마이크로파가 조사되도록 분석기를 트리거 시키는 것을 특징으로 하는 MAS 스캐닝 시스템.
The method according to claim 1,
The computing device includes:
Wherein the MAS scanning system triggers the analyzer to be irradiated with microwaves after the positional movement of the MAS by the moving stage is completed.

청구항 1에 있어서,
컴퓨팅 장치는,
마이크로파의 주파수 스윕 범위, 스윕 지점들 및 파워를 설정하여 분석기를 제어하는 것을 특징으로 하는 MAS 스캐닝 시스템.
The method according to claim 1,
The computing device includes:
And sets the frequency sweep range, sweep points, and power of the microwave to control the analyzer.

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청구항 1에 있어서,
인접한 스캔 지점들은,
각 스캔 영역의 일부가 겹치는 것을 특징으로 하는 MAS 스캐닝 시스템.
The method according to claim 1,
Adjacent scan points,
Wherein a portion of each scan region overlaps.

청구항 1에 있어서,
컴퓨팅 장치는,
측정 결과를, MAS의 높이, MAS의 너비 및 마이크로파의 주파수를 각각 축들로 하는 3차원 데이터 어레이에 파라미터 별로 저장하는 것을 특징으로 하는 MAS 스캐닝 시스템.
The method according to claim 1,
The computing device includes:
Wherein the measurement result is stored for each parameter in a three-dimensional data array having axes of a height of the MAS, a width of the MAS, and a frequency of the microwave.

청구항 1에 있어서,
컴퓨팅 장치는,
MAS의 특정 지점에서 주파수 변화에 따른 파라미터들의 크기 변화를 전영역에서 가시화하는 것을 특징으로 하는 MAS 스캐닝 시스템.
The method according to claim 1,
The computing device includes:
Wherein the change of the parameters according to the frequency change is visualized in the entire region at a specific point of the MAS.

청구항 1에 있어서,
컴퓨팅 장치는,
특정 주파수에서 MAS의 스캔 영역에 대한 파라미터들의 크기 분포를 가시화하는 것을 특징으로 하는 MAS 스캐닝 시스템.
The method according to claim 1,
The computing device includes:
And visualizing a size distribution of parameters for a scan region of the MAS at a particular frequency.

청구항 1에 있어서,
제2 안테나의 후방에서, 제1 안테나로부터 수신한 마이크로파를 흡수하는 흡수 폼;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 MAS 스캐닝 시스템.
The method according to claim 1,
And an absorbing foam for absorbing the microwave received from the first antenna at the rear of the second antenna.

청구항 1에 있어서,
제1 안테나와 제2 안테나는,
초점형 혼 안테나(Focused Horn Antenna)인 것을 특징으로 하는 MAS 스캐닝 시스템.
The method according to claim 1,
The first antenna and the second antenna,
Characterized in that it is a focused horn antenna (Focused Horn Antenna).

이동 스테이지가, MAS의 위치를 이동시키는 단계;
MAS(Microwave Absorbing Structures)에 마이크로파를 조사하는 단계;
MAS에서 반사된 마이크로파를 수신하는 단계;
MAS를 투과한 마이크로파를 수신하는 단계;
분석기가, 수신된 마이크로파들로부터 측정 결과를 생성하는 단계; 및
컴퓨팅 장치가, 측정 결과를 가시화하는 단계;를 포함하고,
이동 단계는,
MAS의 전영역에서 다수의 지점들에 대해 측정이 이루어지도록, MAS의 위치를 순차적으로 이동시키며,
이동 스테이지는,
MAS가 장착되는 브래킷; 및
브래킷의 위치를 제1 축 상에서 이동시키는 제1 이동 스테이지; 및
제1 이동 스테이지의 위치를 제1 축에 수직한 제2 축 상에서 이동시키는 제2 이동 스테이지;를 포함하며,
컴퓨팅 장치는,
스캔 영역의 폭, 스캔 영역의 높이 및 스캔 지점들 간의 간격을 설정하여 이동 스테이지를 제어하고,
정해진 주파수 범위에서 MAS의 전영역에 대한 측정 결과를 가시화하는 것을 특징으로 하는 MAS 스캐닝 방법.
Moving the position of the MAS;
Irradiating microwave to MAS (Microwave Absorbing Structures);
Receiving reflected microwaves at the MAS;
Receiving microwaves transmitted through the MAS;
The analyzer comprising: generating a measurement result from received microwaves; And
And the computing device visualizing the measurement results,
In the moving step,
The position of the MAS is sequentially moved so that measurement is performed on a plurality of points in the entire area of the MAS,
In the moving stage,
A bracket on which the MAS is mounted; And
A first moving stage for moving the position of the bracket on the first axis; And
And a second moving stage for moving the position of the first moving stage on a second axis perpendicular to the first axis,
The computing device includes:
The movement stage is controlled by setting the width of the scan region, the height of the scan region, and the interval between the scan points,
Wherein the measurement result for the entire area of the MAS is visualized in a predetermined frequency range.