요약
본 기술은 유한 요소법에 기반하여 도파관 구조의 수치 해석에 사용되는 반사 계수를 산출하는 방법을 제공합니다. 이를 통해 도파관 구조의 설계 및 분석에 필요한 반사 계수를 정확하게 계산할 수 있습니다. 또한, 주파수 대역을 분할하여 병렬적으로 연산을 수행함으로써 계산 효율을 높이고, 전기장의 유도와 반사 계수의 산출 과정이 모두 자동화되어 있어 사용자의 편의성을 높였습니다. 이러한 기술은 도파관 구조의 수치 해석에 필요한 반사 계수 산출 방식을 혁신적으로 개선하여, 도파관 구조 설계 및 분석의 정확도와 효율성을 높일 것으로 기대됩니다.
기본 정보
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특허명: 유한 요소법에 기초하여 도파관 구조의 수치 해석에 사용하기 위한 반사 계수를 산출할 수 있는 솔버 장치 및 그 동작 방법
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대표 발명자: 이우찬 교수
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출원번호: 10-2023-0064778
발명의 배경 및 필요성
기술의 배경
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유한 요소법(Finite Element Method: FEM)은 RF(Radio Frequency) 컴포넌트 중 하나인 도파관(waveguide)의 설계를 위한 전자기 수치 해석에서 주요한 역할을 수행함
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도파관 구조를 설계할 때, 이에 대한 수치 해석을 위해 도파관 구조의 주파수 대역에서의 반사 계수(reflection coefficient 또는 S11 파라미터)가 주로 사용됨
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도파관 구조에 대한 반사 계수를 산출하기 위해서는, 해당 도파관 구조에 대응되는 경계 조건에 따른 미분 방정식을 풀어야 하며, 이 과정에서 유한 요소법이 활용됨
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유한 요소법을 통한 해를 구하는 방법 중 하나로, 일반화된 최소 잔차법(Generalized Minimum Residual Method: GMRES)에 따른 해법 방법이 제안되었음
기술의 필요성
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본 발명은 유한 요소법에 기초하여 도파관(waveguide) 구조의 수치 해석에 사용하기 위한 반사 계수를 산출할 수 있는 솔버(solver) 장치 및 그 동작 방법을 제시하고자 함
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또한, 본 발명은 병렬적 연산을 통해, 보다 빠른 반사 계수의 산출이 가능하도록 지원하고자 함
구현방법
기술의 원리
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본 기술은 유한 요소법을 기반으로 도파관 구조의 수치 해석에 사용되는 반사 계수를 산출하는 방법을 제공함.
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2차 미분 방정식을 이용하여 전기장에 변분 원리를 적용하고, 범함수를 생성한 후 유한 요소법 적용을 위한 방정식으로 구성함.
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유한 요소법에 기반하여 방정식의 해를 연산하고, 도파관 구조의 전기장을 유도한 후, 유도된 전기장을 기반으로 사전 설정된 주파수 대역에서의 반사 계수를 산출함.
구체적인 구현 방법
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저장부에 2차 미분 방정식을 저장하고, 반사 계수의 산출 명령이 인가되면 변분 원리를 적용하여 범함수를 생성함.
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생성된 범함수를 요소 행렬로 표현되는 유한 요소법 적용을 위한 방정식으로 구성하고, 유한 요소법에 기반하여 방정식의 해를 연산함.
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산출부에서는 주파수 대역을 동일한 크기의 n개 부분 주파수 대역으로 분할하고, 각 부분 주파수 대역에서 GMRES에 기반하여 도파관 구조의 전기장을 유도함.
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유도된 전기장을 기반으로 각 부분 주파수 대역에서의 반사 계수를 연산하고, 이를 조합하여 도파관 구조에 대한 주파수 대역에서의 반사 계수를 산출함.
기술의 장점
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본 기술은 유한 요소법을 기반으로 도파관 구조의 수치 해석에 사용할 반사 계수를 정밀하게 산출할 수 있음.
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주파수 대역을 분할하여 병렬적으로 연산을 수행하므로 계산 효율이 높음.
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전기장의 유도와 반사 계수의 산출 과정이 모두 자동화되어 있어 편리함.
발명의 활용 방안
도파관 구조의 수치 해석
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본 발명인 솔버 장치는 유한 요소법에 기반하여 도파관 구조의 수치 해석에 사용되는 반사 계수를 산출함
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도파관 구조의 수치 해석에 필요한 반사 계수를 정확하게 계산, 이를 통해 도파관의 구조 설계 및 분석에 활용 가능함
병렬 연산의 지원
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본 발명은 병렬 연산을 통해 보다 빠른 반사 계수의 산출을 가능하게 함
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빠른 반사 계수 계산으로 인한 시간 절약은 도파관 구조 설계 및 분석 과정의 효율성을 높이는 데 기여함
기대효과
기술적 혁신
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본 발명은 유한 요소법에 기반한 도파관 구조의 수치 해석에 사용되는 반사 계수를 산출하는 기술적 혁신을 달성함
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병렬 연산을 통해 빠른 반사 계수의 산출이 가능하므로, 기존 방법보다 효율적인 수치 해석이 가능함
사회적 가치
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본 발명의 적용으로 도파관 구조 설계 및 분석 과정의 효율성이 향상됨. 이는 도파관 기술의 발전에 기여할 수 있음
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빠른 반사 계수의 산출로 인한 시간 절약은 도파관 구조 관련 연구 및 개발의 효율성을 높이는 데 기여할 것으로 기대됨
장기적인 비전
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본 발명의 활용은 도파관 구조의 수치 해석에 필요한 반사 계수 산출 방식을 혁신적으로 개선하여, 도파관 구조 설계 및 분석의 정확도와 효율성을 높일 것으로 기대됨
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이는 향후 도파관과 관련된 다양한 산업 분야에서의 연구 및 개발 활동에 크게 기여할 것으로 예상됨
기술 SWOT 분석
Strengths
정밀한 반사 계수 산출
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유한 요소법을 기반으로 도파관 구조의 수치 해석에 사용할 반사 계수를 정밀하게 산출할 수 있습니다.
효율적인 병렬 연산
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주파수 대역을 분할하여 병렬적으로 연산을 수행하므로 계산 효율이 높습니다.
자동화된 연산 과정
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전기장의 유도와 반사 계수의 산출 과정이 모두 자동화되어 있어 편리합니다.
Weaknesses
유한 요소법의 한계
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유한 요소법은 복잡한 구조에 대한 정확한 해를 얻기 어려울 수 있습니다.
복잡한 계산 과정
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변분 원리를 적용하고 범함수를 생성하는 등의 과정이 복잡하여, 이해와 사용에 어려움이 있을 수 있습니다.
Opportunities
도파관 구조 설계 분야의 활용
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본 기술은 도파관 구조의 수치 해석에 필요한 반사 계수를 정확하게 계산, 이를 통해 도파관의 구조 설계 및 분석에 활용 가능합니다.
병렬 연산 기술의 발전
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본 기술은 병렬 연산을 통해 보다 빠른 반사 계수의 산출을 가능하게 하므로, 병렬 연산 기술의 발전에 기여할 수 있습니다.
Threats
다른 수치 해석 방법과의 경쟁
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다른 수치 해석 방법들과의 경쟁에서 밀릴 수 있습니다.
기술의 복잡성
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기술의 복잡성으로 인해 사용자들이 이해하고 사용하는데 어려움을 겪을 수 있습니다.
시장 동향
광파이드 시장 동향
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