대한전기학회 2008년도 Techno-Fair 및 합동춘계학술대회 논문집 전기물성,응용부문
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pp.135-136
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2008
본 연구에서는 100GHz 이상의 높은 주파수에서 발진하는 초고주파 발생장치의 연구를 하였다. 전자파를 이용한 발진장치에서 대구경 후진파에 입사하는 전자빔의 크기와 상태를 좋게 하여 동작특성을 증진시키는 실험을 하여 그에 따른 변화 및 결과를 조사하였다. 출력의 증대와 방사할 때의 크기 및 그에 따른 주파수 교정, 그리고 마이크로파의 발진모드 특성을 분석하였다. 이는 주기의 크기에 따른 발진 주파수와의 관계를 분석하였으며 자기장의 변화 등 여러 가지 형태의 조건에 따른 결과를 나타내었다.
목재 건조의 용이성 및 품질확보, 2차 보존처리를 위한 기초자료 확보를 위해 초고주파를 이용한 캐나다산 직수입 미송의 가열 건조 특성은 다음과 같다. 초고주파 조사 후 목재 내부 온도변화 곡선을 분석한 결과 원주목은 3kW 30분 및 120분 가열 할 경우, 판목은 4kW 3분 및 9분 가열 시 안정적인 열분포와 소비 열량, 표면 함수분포 확보가 가능한 것으로 나타났다. 특히 초고주파 가열에 따른 표면 함수분포는 매우 균일한 Leveling이 이루어진 것으로 나타났으며, 함수 감소율도 중량대비 30% 이상인 것으로 나타나 건조효율이 우수한 것으로 나타났다. 또한 소비 열량 분석 결과에 따라 2차 액상 보존처리를 위한 침지 시 대량의 보존처리제 침투가 가능할 것으로 사료되므로, 초고주파 가열 목재는 빠른 함수감소 및 건조 특성과 많은 열량의 소비가 가능하여 산업재로의 사용 및 2차 응용제품 개발에 우수한 특성이 있는 것으로 사료된다.
본 논문에서는 최근 초고주파영역에서 우수한 고출력 특성을 갖는 것으로 알려진 AlGaN-GaN high-electron mobility transistor(HEMT's)의 최근 기술동향과 함께 응용가능성 및 한계에 대하여 검토하였다. GaN는 약 3.4eV 정도의 큰 밴드갭을 갖는 까닭에 200V 이상의 높은 항복전압을 갖는다. 또한 AlGaN와 이종접합을 형성하는 경우 piezoelectric field에 의하여 1$\times$10\ulcornercm\ulcorner 이상의 높은 밀도의 2DEG(two-dimensional electron gas)의 형성이 가능하고, 상온 전자이동도가 1,200$\textrm{cm}^2$/V-s 이상으로서 초고주파 고출력 전자소자의 구현에 필요한 물성을 갖추고 있다. 현재 cutoff frequency fT가 60GHz이상, maximum frequency fmax가 150GHz 이상의 소자가 개발되었으며, 3W/cm 이상의 cw(continuous wave) 전력밀도가 보고된바 있다. 또한 열전도도가 큰 새로운 기판이 개발되고, heat dissipation을 개선하기 위한 새로운 소자구조가 개발됨에 따라 보다 높은 전력밀도를 갖는 단위소자 또는 MMIC(monolithic microwave integrated circuits)의 구현가능성이 높아지고 있다.
본 논문은 다층기판으로 구현된 마이크로스트립 전송선로와 여기에 결합된 결함접지구조의 초고주파 특성 및 모델링에 대하여 기술하고 있다. 단층 마이크로스트립 전송선로와 결함접지구조를 지닌 기본형 구조에, 제 2의 유전체 층을 결함접지구조가 있는 바닥 접지면 아래에 적층하여 다층기판 속의 결함접지구조를 형성하였다. 그리고 제2의 유전체 층의 유전율과 두께를 서로 달리해 가면서 초고주파 전송특성을 보고 추가된 유전체 층에 의한 등가회로의 변화를 등가회로 모델링을 통하여 분석하였다. 본 논문에서 제안된 방법에 따르면 적층된 제 2의 유전체 층에 의한 등가회로의 변화를 따로 확인할 수 있어서 추후 초고주파 회로에 유익하게 응용될 수 있다.
본 논문에서는 고주파용 소신호 증폭기 소자와 공통결함접지구조(common defected ground structure, CDGS)를 이용하여 초고주파 증폭기를 설계한다. 공통 결함접지구조를 이용하면 종래의 DGS를 이용하는 경우보다 증폭기 회로의 크기를 더 줄일 수 있다. 회로 설계 도구인 ADS와 전자기 시뮬레이터인 HFSS를 이용하여, common defected ground structure를 지니는 소형화된 증폭기 회로가 설계된다.
초고주파 트랜지스터를 이용한 증폭기는 트랜지스터의 비선형 특성에 의해 여러 선호들이 입력되는 경우 입 력 선호의 상호 관계에 의해, 입력된 신호의 출력 외에 혼변조 신호들이 발생하게 된다. 혼변조 신호는 입력 신 호에 대해 잡음으로 존재하게 된다. 증폭기에서의 혼변조 선호를 포함하는 출력 신호의 세기와 위상은 증폭기 입력 신호의 세기와 위상 변화에 따라 변하게 된다. 입력신호의 변화에 따른 출력신호의 세기 및 위상 변화를 정확하게 알 수 있다면, 보다 정확한 트랜지스터의 해석과 증폭기에서 발생하는 혼변조 신호 감쇄에 가치있는 정보를 얻을 수 있게 된다. 본 실험에서는 증폭기의 입력 신호의 변화에 따른 출력 신호의 세기 및 위상 변화를 측정할 수 있는 회로를 제작하고, 이를 이용하여 초고주파 트랜지스터에서의 출력 선호 세기 및 위상 변화 특성 을 살펴보았다.
하수처리에 있어서 오니 처분 문제는 아주 심각하다. 슬러지의 최종처분시 가장 중요한 비중을 차지하는 것은 수분제거하 할 수 있다. 슬러지 건조는 가열에 의해 고.액을 분리하여 재이용, 소각, 처분을 위한 전처리 공정이다. 본 연구의 목적은 초고주파로 하수오니를 건조후, 실험값과 이론값을 비교하기 위하여 수행하였다. 초고주파 건조는 속도가 빠르고 효율이 매우 높다. 건조시 물질전달은 1차원적이라 가정하였다. 건조속도곡선에서, 감율속도기간에서의 수분이동은 확산에 의한다. 두께 0.2cm인 시료에서 모델과 실험결과가 일치함을 알 수 있다.
본 논문에서는 유한요소를 자동으로 생성하는 프로그램을 구현하였다. Delaunay 삼각화이론을 적용하여 요소를 생성하였고 요소의 생성 속도를 개선하기 위해서 로손(Laswson)의 찾기 알고리즘을 적용하였다. 요소의 형상을 개선하고자 절점들을 효과적으로 배치하고 분할 한 후에 라플라스 조정을 통해 등변에 가까운 요소로 생성하였다. 본 논문에서 제시한 알고리즘의 검증을 위해 박막층을 가진 초고주파 소자를 선택하여 요소의 형상과 생성과정에서 검색회수를 비교하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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