FMM에 의한 프랙탈 안테나 고속 해석

Abstract

본 논문에서는 FMM(Fast Multipole Method)을 적용하여 평면형 다층 구조인 마이크로스트립 프랙탈 안테나 구조에 대한 고속 해석을 구현하였다. 우선 FMM 알고리즘에 이용되는 적분식인 MPIE(Mixed Potential Integral Equation)을 풀기 위해서 실수축 적 분 방법(RAIM: Real-Axis Integration Method)으로부터 정확한 공간 영역 그린함수를 구한다. 구해진 그린함수를 MoM(Method of Moment)을 이용하여 계산할 경우, 연산과 메모리 요구량 <TEX>$O(N^2)$</TEX>이 소요되는데, 이를 거대 구조의 해석에 대해 적용할 때나 높은 정확성을 위한 셀(미지수 N) 수의 증가하는 경우 계산량이 기하급수적으로 증가하여 구조 해석에 문제가 된다. FMM은 이와 같은 연산과 메모리 요구량의 문제점을 해결하기 위하여 개발되었다. FMM은 그린함수의 가법 정리(addition theorem)를 이용하여 행렬-벡터 곱의 복잡성을 줄여 연산과 메모리 요구량을 <TEX>$O(N^{1.5})$</TEX>으로 줄인다. 시어핀스키(Sierpinski) 프랙탈 안테나의 구조에 대해 MoM과 FMM를 적용, 상용 툴과 계산 결과의 정확성, 계산 시 메모리 크기, 해석 시간 등을 비교하여 효율성을 보여주었다. In this paper, we present a fast analysis of multilayer microstrip fractal structure by using the fast multipole method (FMM). In the analysis, accurate spatial green's functions from the real-axis integration method(RAIM) are employed to solve the mixed potential integral equation(MPIE) with FMM algorithm. MoM's iteration and memory requirement is <TEX>$O(N^2)$</TEX> in case of calculation using the green function. the problem is the unknown number N can be extremely large for calculation of large scale objects and high accuracy. To improve these problem is fast algorithm FMM. FMM use the addition theorem of green function. So, it reduce the complexity of a matrix-vector multiplication and reduce the cost of calculation to the order of <TEX>$O(N^{1.5})$</TEX>, The efficiency is proved from comparing calculation results of the moment method and Fast algorithm.