본 논문은 한쪽 면이 열린 동축 공동 공진기를 이용하여 빗물의 양을 선형적으로 감지하는 레인 센서에 관한 연구이다. 공진기의 열린 면에 놓이는 유전체의 양과 특성에 따라 공진 주파수와 손실이 달라지는 원리를 이용하여 공진기를 자동차 앞유리 표면에 떨어진 빗물의 양을 측정할 수 있는 센서로 활용할 수 있음을 보여준다. 공진기 양 벽면에 입력과 출력 포트를 구성하고, 입출력 커플링 프로브는 'ㄱ'자 형으로 구성한다. 공진기 내부도체 반지름을 2 mm, 5 mm, 10 mm로 변화시켜 빗물의 반응을 시뮬레이션으로 확인한 결과, 내부 도체 반지름이 5 mm일 때 공진 주파수가 비교적 선형적으로 민감하게 변화하여 빗방울의 양을 감지할 수 있는 공진기에 가장 적합함을 확인할 수 있었다. 시뮬레이션 결과를 바탕으로 제작된 공진기는 빗방울의 양이 변함에 따라 공진 주파수가 3.55 GHz부터 3 GHz까지 선형적으로 변하였고, Q값은 42.38부터 24.3까지 변화하는 것을 확인하였다. 따라서 본 논문에서 설계한 공진기의 구조가 공진 주파수를 측정 파라미터로 이용하여 빗물의 양을 선형적으로 감지하는 레인 센서로 적용할 수 있음을 보여주었다.
본 논문에서는 IMT2000 중계기에 사용될 수 있는 대역통과 필터를 도파관 구조를 갖는 콤라인 형태의 공진기를 사용하여 설계하였다. 공진기 사이의 결합은 필터의 크기를 작게하기 위하여 공진기 사이의 벽에 슬롯을 이용하여 구현하였다. 5개의 공진기는 동일한 구조를 가지고 있으며 입 출력부분은 최소 임피던스가 되도록 최적화 시켰다. 대역통과 필터 특성은 0.2dB 리플을 갖는 체비세프 함수를 이용하였으며 시뮬레이션 툴을 이용하여 해석한 결과 설계 조건을 만족하였다.
이 논문에서는 변환 광학의 기본 원리를 설명하고 이를 적용하여 공진기 모양이 원형으로부터 크게 변형되어도 속삭임의 회랑 모드(WGM)의 특성을 유지할 수 있는 다양한 변환 공진기 설계 기법을 소개한다. 특정 등각 변환 하에서 다양한 변환 공진기를 얻는 방법으로서 초기 정의역을 평행 이동시키는 방법과, 타원을 정의역으로 잡고 회전시키는 방법을 제시하였고, 이를 통해 설계된 몇 가지의 공진기 모드에 대한 내부 파형 및 원거리장 출력 특성을 수치해석적으로 계산하였다. 이러한 결과로부터, 하나의 주어진 등각 좌표변환과 관련된 다양한 GRIN 공진기가 가능하다는 것을 확인하였다.
본 논문은 공동공진기(cavity resonator)와 스트립라인(stripline) 구조를 이용하여 전력을 전송할 수 있도록 구현한 무접점 전력 전송 장치에 관한 것이다. 전력 전송 시 송수신기가 밀착된 상태에서 구현되는 무접점 전력 전송 방식으로, 외부에 도체 단자가 없어 송수신기가 전기적으로 분리되며, 전력 송수신에 필요한 수신부의 크기를 최소화할 수 있다. 공진기용 공동(cavity)의 윗면 도체판에 입력 포트 및 출력 포트용 슬롯(slot)을 구성하고, 그 위에 스트립라인 구조를 이용하여 입력 포트와 출력 포트를 형성한 공동공진기에서, 출력 포트의 일부를 분리하여 탈착 가능하도록 전력수신부를 형성하고, 이 전력수신부를 제외한 나머지 부분 즉, 스트립라인-슬롯 결합(coupling)된 입력 포트, 공동공진기, 출력 포트용 슬롯 등은 모두 전력송신부에 포함시킴으로 전력 전송 장치를 송수신기로 분리하여 제작할 수 있다. 이 송수신기를 결합시키면 마치 하나의 공진기 내에서 입력 포트에서 출력 포트로 전력이 전달되는 형태가 된다. 제작된 무접점 전력 전송 장치의 중심 주파수는 5.782 GHz이며, 이때 측정된 $S_{21}$값은 -1.07 dB로 나타나 약 78 %의 높은 전력 전송율을 갖는 것을 확인하였다.
공동광자감쇠 분광학(Cavity Ringdown Spectroscopy, CRDS)은 고감도의 흡수분광법으로 미량기체의 농도나 흡수분광선의 연구에 사용되어 왔으며 화염이나 플라스마에도 응용되고 있다. 이 분광법은 시간에 따라 지수함수로 감쇠하는 공동광자감쇠신호의 감쇠상수를 측정하는 기술인데, 레이저의 밴드폭이 흡수선폭보다 넓으면 감쇠신호가 지수함수에서 벗어나 오차를 발생하게 된다. 그러므로 오차를 줄이려면 좁은선폭의 레이저를 사용하거나 공동광자감쇠신호의 주파수를 분리하여야 한다. 분광선폭보다 매우 넓은 선폭의 레이저를 사용하고 분광기를 이용하여 공동광자감쇠신호를 분리하는 방법들이 제안되었다. (중략)
본 연구에서는 국내 T-DMB 방송 송신기 및 중계기에서 사용하는 공동여파기를 설계하고 제작한다. 설계를 위하여 3차원 field 시뮬레이션 툴인 HFSS를 이용한다. T-DMB 여파기는 Q값이 높아야 하고 대전력인 이유로 공동여파기가 주로 사용되고 있다. 본 연구에서는 공동공진기의 설계를 보다 쉽고 정확한 특성을 얻기 위하여 HFSS를 이용한다. 시뮬레이션된 특성을 바탕으로 여파기를 제작하고 특성을 측정하여 시뮬레이션 결과와 비교한다. 측정한 결과 공진주파수 211.8MHz에서 대역폭 0.1MHz의 특성을 얻음으로써 시뮬레이션 결과와 설계치에 잘 부합되었음을 밝힌다.
본 연구에서는 국내 T-DMB 방송 송신기 및 중계기에서 사용하는 공동여파기를 설계하고 제작한다. 설계를 위하여 3차원 field 시뮬레이션 툴인 HFSS를 이용한다. T-DMB 여파기는 Q값이 높아야 하고 대전력인 이유로 공동여파기가 주로 사용되고 있다. 본 연구에서는 공동공진기의 설계를 보다 쉽고 정확한 특성을 얻기 위하여 HFSS를 이용한다. 시뮬레이션된 특성을 바탕으로 여파기를 제작하고 특성을 측정하여 시뮬레이션 결과와 비교한다. 측정한 결과 공진주파수 211.8MHz에서 대역폭 0.1MHz의 특성을 얻음으로써 시뮬레이션 결과와 설계치에 잘 부합되었음을 밝힌다.
본 논문에서는 유전체의 유전 상수를 결정하기 위하여 유전체 슬랩을 원통형 공진기에 삽입하여 측정하는 기술을 제안한다. 유전 상수는 빈 공진기와 유전체 슬랩이 삽입된 공진기의 공진 주파수 편차에 의해 측정된다. 특성 방정식은 정확한 필드 해석에 의해 정의되었다 측정 장치는 HP8719A 벡터 네트웍 분석기와 금속 재질의 원통형 공동 공진기를 이용하였다. 이론적인 증명은 실험과 3D 시뮬레이터인 CST사의 MWS 4.0에 의해 확인되었다. 측정 된 결과는 전반적으로 만족하였다. 측정 된 테플론과 베이클라이트의 비유전율은 각각 2.03과 4.44이다.
본 논문에서는 집속이온빔의 플라즈마원을 위한 간단한 직육면체형태의 공진 공동을 설계하고 특성연구를 수행하였다. 공진에 최적인 공동 구조는 HFSS(High Frequency Structure Simulator)를 이용한 전기장 분포를 통해 구체적으로 계산하였다. 공진 공동은 내부 석영관 및 플라즈마 등의 유전체의 영향을 받기 때문에 공동의 한축 길이를 변화시킬 수 있는 구조로 설계되었다. 실험적으로 관찰되는 마이크로웨이브 방전시작전압을 통해 방전에 최적인 공동 길이를 측정하여 HFSS 계산된 값과 비교하였다. 공동은 석영관으로 인한 내부 유효유전율의 변화에 의해 석영관을 고려하지 않았던 길이에 비해 10cm가 감소된 길이에서 최적화됨을 공통적으로 확인할 수 있었다. 또한 압력변화에 따른 방전시작전압은 Paschen Curve와 유사한 결과를 나타내었다. 방전이 발생한 후에는 입력전력에 따라 플라즈마 밀도가 증가하였고 플라즈마의 영향으로 감소한 유효유전율에 의해 10cm가 증가한 길이에서 최적화가 되었다. 하지만 300W이상의 높은 입력 전력에서는 마이크로웨이브가 투과할 수 없는 고밀도 플라즈마 경계층(cut off layer)이 확장하여 더 이상 공동길이 조절을 통한 공동 최적화가 불가능함을 확인하였다. 따라서 고밀도 플라즈마를 만들기 위한 마이크로웨이브 공동의 정확한 설계를 위해 마이크로웨이브가 통과할 수 없는 고밀도 플라즈마 영역을 도체로 가정하고 그 외의 저밀도 플라즈마 영역을 밀도에 고유한 특정 유전율을 가지는 유전체로 설정하여 공동 내부의 전기장 분포를 해석하는 과정이 꼭 필요하다.
유전체 원주 공진기의 공진주파수는 대칭성을 이용한 전기벽과 자기벽 개념을 도입해서 매우 정확하게 계산할 수 있으나, 유전체 공진기를 지지하기 위한 지지대의 존재 및 지지대의 유전율 등의 영향으로 인하여 유전체 원주 공진기의 구성이 실제로는 비대칭성을 가지므로, 비대칭 유전체공진기의 공진특성을 조사할 필요가 있다. 본 논문에서는 고유함수 전개법을 이용하여 도체 공동 내에 비대칭적으로 위치한 유전체 원주 공진기의 공진특성을 추출하는 관계식을 유도하고 공진주파수를 계산하였다. 실험을 통하여 계산된 공진주파수가 정확함을 확인하였고, 비대칭성이 있는 경우 TE 모드나 하이브리드 모드의 경우보다 TM 모드에 있어서 그 영향이 더 큼을 알 수 있었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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