본 논문에서는 직사각형 마이크로스트립 슬롯 안테나에서 폭이 넓은 슬롯에는 적합하지 않은 기존의 급전 구조대 신 T자형 급전 방식과 십자형 급전 방식으로 안테나를 설계하였다. 여기서 제시한 T자형 급전 방식을 이용하여 슬롯 폭이 20㎜일 때 41%의 대역폭 특성을 얻었고. 십자형 급전 방식으로는 슬롯 폭이 32 ㎜일 때 96%의 대역폭을 얻었다. 또한 기존의 원형 링 슬롯 안테나의 구조를 바꾸어 슬롯의 원주(circumference)가 163 ㎜일 때 1.35 octave의 광대역 특성을 얻었고, 원형 슬롯 안테나와 이에 적합한 급전 방식을 제시하여 슬롯의 원주가 같을 때 3.25 octave의 광대역 특성을 얻었다.
마이크로스트립 안테나가 가지는 가장 큰 단점인 협대역 특성을 개선하기 위해 그 동안 수많은 연 구와 방법들이 제안되었는데 특히 원형편파 안테나는 임피던스 대역폭 외에 축비 대역폭까지도 고려 되어야 하므로 더욱 심화된 협대역의 특성을 가지게 되어 설계에 많은 어려움이 있었다. 일반적으로 원형편파 마이크로스트립 안테나를 설계하는 방법 중 급전 구조면에서는 크게 단일 급전 방식과 하이 브리드 형태의 급전방식이 있다. 단일 급전 방식의 원형편파 안테나는 구조가 간단하고y 제작이 간편 하며, 안테나의 물리적 크기를 줄일 수 있어 배열시 장점이 있으나 구조의 특성상 협대역의 축비 대역 폭을 가지며I 하이브리드 급전 원형편파 안테나는 구조가 복잡하고, 제작이 어려우며, 안테나의 물리적 크기가 커진다는 단점이 있으나 광대역의 축비 대역폭을 가진다. 따라서 원형편파 안테나의 설계시 축 비 대역폭과 안테나의 물리적 크기 간의 trade-off를 고려하여야한다. 최근에는 이를 고려한 단일 급전 을 이용하면서도 개선된 축비특성올 얻을 수 있도록 십자개구 개구를 통해 두 개의 직교 모드를 방사 패치에 급전하는 구조가 제안되기도 하였다. 하지만 이는 일반적인 단일 급전 방식보다 개선된 축비 대역폭을 얻을 수 있었으나 중심주파수에서 2.5%에 불과하였다. 본 논문에서는 단일 급전 십자개구 결합 방식이 가지는 협대역의 축비 대역폭을 개선하기 위해 단 일 급전으로 하이브리드 급전의 효과를 가져올 수 있는 직렬 급전 십자개구 결합 마이크로스트립 안 테나를 제안하였으며, 기존에 발표된 단일 급전 십자개구 결합 안테나와의 축비 대역폭, 이득, 방사패 턴, 그리고 임피던스 대역폭 둥과 비교하여 개선된 특성을 제시하고 제안된 안테나의 타당성을 보였 다. 실제로 2.4GHz의 주파수에서 제안한 직렬 급전 십자개구 결합 단일 마이크로스트립 안테나의 측 정결과 기존에 연구된 안테나보다 약 2배정도 증가된 4.6%의 축비 대역폭, 10%의 임피던스 대역폭 (VSWR<1.5), 그리고 8.2dBi의 최대이득 특성을 확인할 수 있었으며, 이를 바탕으로 시권셜 로테이션 기법올 사용한 $2\times2$ 배열 안테나는 17.5%의 축비 대역폭, 20.8%의 임피던스 대역폭(VSWR<1.5), 그리 고 12.5dBi의 최대이득을 얻을 수 있었다. 이에 해당하는 제안된 단일 안태나와 $2\times2$ 배열 안테나의 구조, 측정된 축비 대역폭 및 이득특성, 그리고 입력 반사손실을 그림 I, 2, 3에 각각 나타내었다.
교환기나 전송장치 등 각종 통신설비에 전원을 공급하기 위해서 정류기, 축전지 및 발전기 등의 전원설비가 사용되고 있다. 이들 중에서도 정류기는 통신설비에 직류전원을 공급하기 때문에 다른 전원설비 보 다도 신뢰성 및 안정성이 확보된 장치로 인식되어 왔다. 그러나 현재 사내전화국에 설치 운용중인 정류기는 교환 기별로 종류가 다양하여 유지보수에 어려움이 내재하고 있을 뿐만 아니라 통신망의 광대역화, 대용량화에 대처가 곤란하며 정류기를 전력실 또는 통신실에 집중해서 설치 운용하는 집중공급방식으로는 축전지의 만충전이 곤란하다. 또한 현재의 이러한 급전방식은 통신장치의 광대역화, 고도화 등 통신망의 급격한 발전과 함께 다음과 같은 문제점이 대두되고 있다. 첫째, 전력실에서 총괄하여 교류전력을 직류48V로 변환해서 급전하기 때문에 급전전류가 크게되고, 또한 전력실에서 통신실까지의 급전손실이 크다 둘째, 통신설비의 증감에 따른 전원설비의 증감이 어렵기 때문에 설비 가동율이 나쁘다 셋째, 전원설비의 고장에 의한 전화국 전체설비에 심각한 영향을 미칠수 있다 이러한 문제점을 해소하기 위하여 집중 및 분산급전방식으로 운용이 가능하며, 또한 모든 전원설비를 감시/제어하는 전원 집중관리 시스템과의 인터페이스 등이 가능한 정류시스템을 1997년부터 개발하였다. 본고에서는 신형 정류기와 기존의 정류기와의 성능 및 특성에 대해 비교하였고, 특히 경제성측면과 설치상련에 대해 비교분석 하였다. 또한 집중급전방식과 분산급전방식의 특성에 대해서도 서술하였다.
본 논문에서는 슬롯결합 급전구조를 갖는 직렬급전 마이크로스트립 배열 안테나의 정확한 해석 및 설계방식을 제시하고 그 특성을 분석하였다. 슬롯결합 급전구조의 정확한 해석은 급전선에서의 진행파 모드와 비진행파를 모드를 모두 고려하는 full-wave방법과 안테나간의 회로적인 결합을 이용하여 해석하였다. 수치해석에 사용된 기저함수는 해의 수렴도, 정확도 및 계산시간을 비교하여 패치는 3개의 EB모드, 슬롯은 1개의 PWS모드, 급전선은 5개의 PWS모드를 사용하였다. 이러한 안테나 해석을 바탕으로 직렬급전 배열 안테나가 정재파형 구조로 설계되었다. 정재파형 구조에서 각 소자의 여기량을 조절하는 설계방식으로는 슬롯의 길이를 변화시키는 방식과 슬롯과 급전선과의 이격거리를 변화시키는 방식을 사용하였다. 본 논문에서 사용한 이론을 이용하여 8소자 Cheyshev배열 안테나를 설계하여 실험한 결과 슬롯과 급전선간의 이격거리를 조절하여 설계하는 방식이 각 소자간의 공진 주파수의 변화가 없으므로 슬롯의 길이를 가변시키는 방식보다 설계가 간편함을 알 수 있었고, 측정 결과도 우수하게 나타났다.
인터넷데이터센터는 현대 IT산업의 중심설비로서 수십 MW의 전력을 소비하는 집중부하형태를 취하고 있다. 인터넷데이터센터의 특성상 전원의 신뢰성을 높이기 위하여 무정전전원장치(UPS)를 사용하는 것이 필수사항이다. 따라서 기존의 교류방식은 (교류-직류), (직류-교류), (교류-직류)의 3단계 전력변환이 필요하여 전체 급전계통의 효율저하를 가져온다. 이에 비하여 직류급전방식은 기존 계통 망에 연결하기 위한 (교류-직류) 1단계의 전력변환만 필요하므로 효율을 크게 개선할 수 있을 뿐만 아니라 전원의 신뢰도를 높일 수 있다고 알려져 있다. 본 논문에서는 인터넷데이터센터 내에 220V교류방식과 300V직류방식의 시험용 급전계통을 구축하고 똑같은 부하운전 조건에서 실제의 급전효율을 측정하였다.
정보네트워크산업이 급속히 발전, 보급되는 가운데 그 전원인 무정전전원장치(Uninterruptible Power Supply: UPS)에 대해서도 여러 가지 요구가 나오고 있다. 특히 최근에는 고신뢰성화$\cdot$소형화$\codt$저가격화에 더하여 러닝코스트 저감과 지구온난화 방지를 연결한 개념의 성에너지화를 목적으로 하는 전력변환효율의 향상에 대한 요구가 강해지고 있다. 이번에 이러한 요구에 응하기 위하여 미쓰비시전기는 상시상용 급전방식을 채용하여 HSS(High Speed Switch)회로와 쌍방향 컨버터회로를 개발하여, 고효율이며 급전신뢰성이 높은 MPC(Multiple Power Compensator)방식의 UPS를 개발하였다. 이에 의하여 전력변환효율을 90$\%$에서 98$\%(100kVA에서)로 대폭 개선함과 동시에 종래의 상용급전방식 UPS의 결점이었던 상용전원 이상시의 급전계통 전환시간을 부하기기에 영향을 미치지 않는 2밀리초까지 단축시켜 전환시에도 순간 단전됨이 없이 부하급전을 계속할 수 있도록 하였다. 또한 통상의 급전시에는 쌍방향 컨버터에 입력전류가 고조파보상기능을 갖게 하여 입력역률 0.99를 달성하였다.
최근 철도시스템 분야에서도 기존의 접촉식 가공 전차선 급전 방식을 벗어나 새로운 개념의 에너지 전송시스템으로써 무선급전시스템의 다양한 응용 연구가 진행되고 있다. 본 논문에서는 전자기 유도방식의 일종인 무선급전시스템을 철도차량에 적용시키기 위해 운전조건에 따른 특성 연구를 수행 하였다. 전력 전송의 효율을 높이기 위해 유도급집전체(IPT, Inductive Power Transformer)의 누설 자속(Leakage Flux)을 보상할 수 있는 6-kW 60-kHz 시제품(Laboratory Prototype)을 제작하여 급전체와 집전체간 위치 변화에 따른 무선급전시스템의 전력전송량 변화를 알아보았다. 또한. 급전체와 집전체간 위치 변화에 따라 변하는 누설 자속을 측정하고 운전주파수를 변경하여 무선급전시스템의 전력전송량의 변화를 알아보았다.
본 연구에서는 비균일 배열 안테나의 방사패턴 합성을 위하여 폭이 다른 마이크로스트립 패치 안테나를 급전소자 하는 급전 방식에 대하여 연구하였다. 마이크로스트립 패치 안테나는 전송선로 모델 해석 방법을 적용하여 해석하였으며, 급전소자 간의 급전 선로 길이가 h_g의 정수 배가되면 안테나 각 급전소자의 상대적 전류 비와 입력 어드미턴스의 비가 같음을 유도하였다. 급전소자의 수가 각각 6개와 9개로 제작된 비균일 구형 마이크로스트립 패치 배열 안테나를 실험한 결과 방사패턴에 대한 이론치와 실험치가 잘 일치함을 확인할 수 있다. 따라서 본 연구 결과는 비균일 배열 안테나를 구현하기 위한 급전 방식으로 사용될 수 있을 것으로 사료된다.
본 논문에서는 IMT-2000 대역에서 전방급전 전력증폭기의 선형성을 개선하여 효율과 대역폭을 극대화 하기 위해 Photonic Bandgap(PBG), 전치왜곡, 2차고조파 튜닝 방식으 f동시에 주 증폭기에 적용하였다. 2차 하모닉 성분이 2차고조파 튜닝 방식에 의해 우수하게 제거되고, 3차 하모닉 성분이 전치왜곡 방식에 의해 제거되며 출력단위 PBG느 s고아대역 특성으로 4차 하모닉 이상까지 제거하는 우수한 특성을 보여주었다. 총체적으로 기존의 전방급전 전력증폭기보다 IMD가 최고 15dBc, 효율은 4%, 대역폭은 2배이상 확대됨으로 전력효율과 대역폭을 극대화시킬 수 있었다.
화석연료 고갈로 인해 전기자동차의 발전이 이루어지면서 현재 무선충전용 급집전 시스템 개발을 통하여 이 시스템의 확산 및 보급에 필요한 기반시설 및 구축의 경제성확보가 중요한 실정이다. 이에 무선전력전달의 운용방식의 발전에 따라 차량의 급전부 및 전기설비 구축이 중요한 요소로 대두되고 있다. 하지만 수변전부에서 급전부까지의 전력공급 및 전기설비에 대한 협조체계가 없어, 이에 본 논문에서는 급전부에 전력전달시 발생되는 전압강하를 분석하고 무선 전력전달방식에서 고압측에서 발생되는 각종 지락사고 및 단락사고를 해석하여 문제점분석을 통해 안정적인 전력전달방식을 구축하고자 한다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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