본 논문에서는 모션캡쳐 카메라를 사용한 실험을 통해 날갯짓 비행체의 주 날개, 꼬리날개 구동기 특성 분석에 대하여 기술하였다. 실험은 빛이 차단된 실내에서 진행되었고 지그에 기체를 고정하여 날갯짓으로 인한 영향을 줄였다. 주 날개와 꼬리날개 끝단에 마커를 부착하였고 모션캡쳐 카메라는 입력 신호에 대한 각각의 반응을 측정한다. 실험 결과 주 날개는 날갯짓의 주파수에 따라 진폭이 변하는 경향을 보였고, Modified Strip Theory에 실험 결과와 비행체 제원을 적용하여 양력 및 추력 발생 시뮬레이션을 구현 하였다. 꼬리날개는 종 횡축별로 스텝 신호를 인가하여 이에 따른 결과를 2차 전달함수 형태로 정의하였고, 각 축별로 구동기의 구조 차이로 인하여 최종 응답시간, 오버슈트, 최대값 등에서 차이를 나타내는 것을 확인하였다.
본 논문에서는 소스에 큰 값의 가변 인덕터를 갖는 새로운 형태의 predistortion 선형화기가 연구되었다. 그것은 입력 전력이 증가함에 따라 양의 진폭과 음의 위상 편차를 얻을 수 있어 전력증폭기에서 만들어지는 왜곡을 충분히 보상할 수 있다. 또한, 하나의 CaAs FET, 인덕터, 입 출력 정합회로, 그리고 바이어스회로로 구성되어, 회로가 간단하므로 넓은 대역폭에 걸쳐 선형화 특성과 온도 안정성을 갖는다. 그리고 소스 인덕터와 게이트 바이어스를 변화시킴으로써 원하는 왜곡 특성을 얻을 수 있는 장점을 갖는다. 제작한 predistorter에서, 주 증폭기에 의한 IM3가 10.61dBc이고, predistorter를 갖는 주 증폭기의 IM3가 21.91dBc이므로 약 11dB의 개선된 결과를 얻었다.
본 논문에서는 직접 변환 방식인 six-port의 RF 출력 신호를 검파하고 요구 대역폭에서 입력 주파수 신호에 대한 진폭 및 위상 신호를 선형적으로 출력하는 광역 power detector를 설계 제작한다. Six-port 출력단에 접속되는 power detector는 높은 정합도를 갖고 반사파로 인한 Six-port 간 위상 불일치를 방지하고, 넓은 대역폭에서 낮은 VSWR을 유지하여야 하는 광역 특성을 갖는 power detector 설계가 필요하다. 광역 정합을 위하여 사용 주파수 대역에 따라 강제 정합과 다단 LC 정합 회로, 그리고 isolator를 사용한 낮은 VSWR 특성을 갖는 설계 방법을 비교 분석한다. 설계 제작된 power detector의 주파수 대역에 대한 동적 동작 영역(dynamic range) 성능을 측정하여 Six-port의 수신 전송 신호 검파기로 활용될 수 있는 타당성을 평가한다.
본 연구는 두점식 선박 계류시스템의 종방향 외력에 대한 비선형 동적거동 해석을 수행하였다. 특정 입력 매개변수에 대한 카오스 운동과 한계주기궤도 등의 비선형 거동의 특성을 연구하였다. 주로 비선형복원력은 계류시스템의 강한 비선형성과 동적거동의 다양성을 제공한다. 계의 운동방정식 시뮬레이션에 사용된 수치 적분기는 4차 룽게쿠타법이다. 외력진폭과 주파수를 변화시킬 때 분기 그림과 동적불안정 현상들을 볼 수 있다. 외력의 주파수(진동수)가 0.4 rad/s인 경우 수많은 혼돈상태 점들 사이에 주기창이라 불리는 안정적인 주기해가 관측된다. 주파수가 0.7 rad/s인 경우는 외력진폭이 1.0을 초과할 때 혼돈 영역이 갑자기 증가한다. 주파수가 1.0 rad/s인 경우는 주파수가 0.4 rad/s 및 0.7 rad/s인 경우와 비교해 볼 때, 혼돈 운동이 약화된다. 아울러, 두점식 계류시스템은 각 매개변수에서 준주기 운동, 한계주기궤도, 대칭성의 깨짐과 같은 다양한 정상상태의 궤적이 관측된다.
이산스펙트럽(Spread Spectrum) 통신 시스템에 사용되는 DDFS(Direct Digital Frequency Synthesizer)는 짧은 천이시간과 광대역의 특성을 요구하고, 전력소모도 적어야 한다. 이를 위해서 본 연구의 DDFS는 파이프라인 구조의 위상 가산기와 4개의 sine ROM을 병렬로 구성하여, 단일 sine ROM으로 구성된 DDFS에 비해 처리 속도를 4배 개선하였다. 위상 가산기의 위상 잘림으로 나빠지는 스펙트럼 특성은 위상 가산기 구조와 같은 잡음 정형기를 사용하여 보상하였고, 잡음 정형기의 출력 중 상위 8-bit만을 sine ROM의 어드레스로 사용하였다. 각각의 sine ROM은 사인 파형의 대칭성을 이용하여, 0 ~ $\pi$/2 사인 파형의 위상, 진폭 정보를 저장함으로 0 ~ 2$\pi$ 사인 파형의 정보를 갖는 sine ROM에 비해 크기를 크게 줄였고, 어드레스의 상위 2-bit를 제어 비트로 사용하여 2$\pi$의 사인 파형을 조합했다. 입력 클럭을 1/2, 1/4로 분주하여, 1/4 주기의 낮은 클럭 주파수로 대부분의 시스템을 구동하여, 소비 전력을 감소시켰다. DDFS 칩은 $0.8{\mu}$ CMOS 표준 공정의 게이트 어레이 기술을 이용ㅇ하여 구현하였다. 측정 결과 107MHz의 구동 클럭에서 안정하게 동작하였고, 26.7MHz의 최대 출력 주파수를 발생시켰다. 스펙트럼 순수도(Spectral purity)는 -65dBc이며, tuning latency는 55 클럭이다. DDFS칩의 소비 전력은 40MHz의 클럭 입력과 5V 단일 전원을 사용하였을 때 276.5mW이다.
본 논문에서는 X-Band 모노펄스 레이더 RF 프론트 엔드에서 국부발진 신호를 동일 진폭, 동일 위상으로 분배하는 도파관 천이 구조를 갖는 4-Way 윌킨슨 분배기 설계에 대해 연구하였다. X-Band에서 동작하는 모노펄스 레이더 프론트 엔드는 합, 방위각 및 고각 신호를 하강변환 하는 3개의 도파관 수신믹서와 체계 연동시 X-Band 시험신호를 발생하는 SSB 도파관 믹서로 구성된다. 프론트 엔드를 구성하는 각 믹서에 국부발진(LO : Local oscillator) 신호를 입력하기 위해서는 저 손실 특성을 가지면서 동일 전력 레벨과 동 위상으로 LO 전력을 분배하는 4-Way 분배기가 요구된다. 본 논문에서는 저 손실, 동위상으로 LO 신호를 분배하기 위해 도파관 천이 구조를 갖는 4-Way 윌킨슨 분배기를 설계/제작 하였다. 제작된 윌킨슨 전력 분배기는 X-Band에서 삽입손실이 평균 6.8dB, VSWR은 1.06~1.28였으며, 이때 각 단자 출력 위상차는 최대 4.5도 이내를 유지하였다.
다수 개의 입력 신호에 직교 코드들을 곱하고 그 신호들의 합을 절삭하는 방법으로 신호 크기를 제한하여 일정 진폭을 유지하는 Binary CDMA를 TDMA 프래임 구조 위에 전송하는 혼합 다중 접속 방식(TD-BCDMA)을 제안하였다. 매 시간 슬롯 내에 다수 개의 채널이 코드 분할되어 Binary CDMA로 변조되어 TDMA와 동일한 신호 파형을 가지고 전송된다. TD-BCDMA는 TDMA가 가지는 장점을 그대로 가지며, 사용자 각각에게 할당하는 시간 슬롯과 코드의 개수를 조정하여 요구에 따라서 유연하게 데이터 전송률을 조정할 수 있다. 이 특성을 이용하여 Ad Hoc 통신망에 적용되는 예를 시범 보였다. 또한 이 혼합 다중 접속 방식에 적합한 동기 구조를 얻기 위하여 적용 가능한 두 가지 동기 구조 즉, TDMA에서와 같은 프리앰블 구조와 CDMA에서와 같은 동기 채널 구조에 대하여 Receiver Operating Characteristics 성능과 채널 환경에 따른 false alarm 확률과 false dismiss 확률을 비교 평가하여 프리앰블 구조가 혼합 다중 접속 방식에 더 실용적이고 적함한 동기 구조임을 입증하였다.
자기공명영상시스템에서 경사자계코일에 전류 펄스를 인가할 때 코일 주변의 도전성 구조물에 유도되는 와전류는 경사자계의 선형성을 열화 시킬 뿐만 아니라 경사자계의 파형을 왜곡시킨다. 특히 경사자계 파형의 왜곡 정도가 공간 위치에 따라 다를 경우 고속촬영법과 같은 고성능의 자기공명영상법을 실현하는 것이 어려워 진다. 본 연구에서는 촬영 공간 내 임의의 지점에서 와전류에 의해 경사자계 파형이 변형되는 정도를 알 수 있는 방법을 유한요소법을 이용해 구하였다. 경사자계코일에 정현파를 인가했을 때 임의의 지점에서 자계의 진폭 및 위상 특성이 주파수에 따라 어떻게 변하는지를 나타내는 와전류 영향 전달함수를 구하였고, 이 전달함수를 이용해 임의의 입력 전류 파형에 대한 출력 경사자계 파형을 예측하였다. 제안한 방법의 타당성을 검증하기 위해 실제로 측정한 경사자계 파형을 예측한 파형과 비교하여 제시하였다.
본 연구에서는 사장교의 케이블 가속도계로부터 확보한 방대한 계측데이터의 활용을 확대하고자 인공지능 기반의 케이블 장력 추정 모델을 개발하였다. 케이블 장력 추정 모델은 진동법에 따른 장력 추정 과정에서 고유진동수를 판정할 수 있는 알고리즘을 핵심으로 하며 학습데이터 구성에 적합하고 판정 결과에 대한 성능이 확보될 수 있도록 입력층, 은닉층, 출력층으로 구성되는 인공신경망(Artificial Neural Network)을 적용하였다. 인공신경망의 학습데이터는 케이블 가속도 계측데이터를 진동수로 변환 후 구성하였으며 고유진동수를 중심으로 일정한 패턴을 갖는 특성을 활용하여 기계학습을 진행하였다. 학습데이터 구성 시 다수 패턴의 고유진동수를 대표할 수 있도록 다양한 크기의 진폭을 갖는 진동수를 사용하고 일정 수준으로 진동수를 누적하여 사용할 경우 고유진동수에 대한 판정 성능이 개선됨을 확인하였다. 장력 추정 모델의 성능을 판단하기 위해 계측분석 기술자에 의해 추정한 장력의 관리기준과 비교하였다. 케이블 가속도계로부터 확보한 139개의 진동수를 입력값으로 사용하여 검증을 수행한 결과 실제 정답과 유사하게 고유진동수를 판정하였고 고유진동수에 의해 케이블의 장력을 추정한 결과는 96.4%의 수준으로 관리기준에 부합하는 결과를 보여주고 있다.
본 논문에서는 주파수 채배기 이론에 근거하여 단일 능동소자로 입력된 기본 LO 주파수($f_{LO}$)의 3차 고조파 성분($3f_{LO}$)의 진폭이 최대가 되는 바이어스 전압을 선택하여 두 입력신호($f_{RF}$, $f_{LO}$)에 대해서 고차 출력신호성분($f_{RF}{\pm}3f_{LO}$)이 최대가 되는 고조파 먹서(harmonic mixer)를 설계 및 제작하였다. 제안된 설계 방법에 의해서 제작된 고조파 먹서는 플라스틱(Plastic) 패키지의 MESFET 소자를 사용하여 기존 Ka-대역에서 동작하는 믹서 회로들이 나타내는 높은 부품 가격, 생산성 및 회로의 복잡도 문제를 해결할 수 있었으며 RF 주파수신호($f_{RF}$=33.5GHz)에 대해서 LO 주파수 신호($f_{LO}$=11.5 GHz)의 3차 고조파 신호($3f_{LO}$=34.5 GHz)가 최대가 되는 게이트 바이어스 전압을 선택하여 중간주파수($3f_{LO}-f_{RF}$=1.0GHz)에서 -10 dB의 낮은 변환 손실 특성을 나타내었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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