자동차용 경음기는 운전자 간의 의사소통 수단이자 보행자에게 사전에 경각심을 불러일으키는 부품으로서 안전상 중요한 역할을 한다. 유한 요소 방법과 전기 회로 모델을 활용한 자동차용 경음기의 모델링 연구와 혼의 음향학적 특성을 분석한 연구들이 수행되었으나, 트럼펫 혼의 작동 주파수 설계 방법에 대한 연구는 미비하다. 본 논문에서는 트럼펫 혼의 진동부가 결정되었을 때, 쉘의 음향 리액턴스에 따른 작동 주파수를 예측하는 설계 방법을 제시하고자 한다. 음향부에서는 지수 혼과 도파관이 결합된 혼에 대해 다루었고, 임피던스 튜브 실험을 통해 도파관의 입구 음향 리액턴스는 해석 결과와 유사함을 확인했다. COMSOL Multiphysics 유한 요소 수치 해석 모델을 이용하여 자동차용 경음기의 공진 주파수를 예측했고, 음압 실험을 통해 설계된 혼의 작동 주파수를 측정하여 설계 방법을 검증했다. 음압 실험은 홀더를 제외하고 DC 전압을 12 [V] 인가하여 반무향실 환경에서 측정한 결과, 설계 작동 주파수와 비교하여 수 [Hz] 내에서 정확하게 공진이 발생했다. 본 논문에서는 혼의 음향 리액턴스 관점에서 자동차용 트럼펫 혼의 설계 방법을 살펴보았고, 혼을 포함한 시스템을 설계할 때 유용하게 활용될 수 있을 것으로 기대한다.
초음파 용접용 혼의 설계에 대한 기본적인 방법과 절차를 설명하였다. 그러나 아직까지 혼의 최적 형상을 구하는 방법은 시행착오(trial-and-error) 방법과 실험 및 설계자의 경험에 많이 의존해야 한다. 또한, 혼의 해석 결과로서 다양한 진동 모드를 얻을 수 있기 때문에 설계자는 이를 분석하고 원하는 진동 모드를 얻을 수 있도록 설계하여야 한다.
본 연구는 2000년 국민주택총조사 자료(2% 샘플)를 사용하여 기혼 응답자 중 본인과 배우자의 학력 결합유형에 대해 살펴보았다. 21-70세 응답자를 10년 단위로 5개 연령대별 결혼유형을 분석한 결과는 전체 결혼에서 동일한 학력을 가진 배우자와 결혼하는 동질혼이 65%, 자신보다 고학력인 남성과 결혼하는 여성 상승혼이 30%로 이 두 유형이 전체 결혼유형의 90%를 설명하는 것으로 나타났다. 교육동질혼 경향은 모든 연령대에서 강하게 나타났으며, 교육 수준을 초등학교, 중학교, 고등학교, 대학 이상(전문대 포함)으로 구분하여 동질혼을 비교했을 때, 초등학교와 대학 이상 그룹에서 동질혼의 비율이 매우 높았다. 이러한 동질혼 경향은 젊은 세대로 갈수록 증가하였다. 그러나 여성의 상승혼은 젊은 연령대로 갈수록 감소함을 알 수 있었다.
양극화와 세대간 계층재생산이 한국 사회의 심각한 사회문제로 여겨지는 상황에서, 동질적인 부모의 배경, 동일한 소득계층, 동일한 학력 간에 끼리끼리 이루어지는 동질혼의 증가가 사회적 주목을 받고 있다. 동질혼의 증가가 사회 이동의 폐쇄성을 강화함으로써 불평등을 심화시키고 세대간 계층 이동을 제한시킬 것이라는 우려 때문이다. 이 연구는 동질혼의 개념을 구성하는 부부의 성취적 특성 및 부모의 귀속적 특성이 가구의 경제적 상태를 대표하는 소득, 소비, 자산에 미치는 영향을 분석하고 있다. 이를 통하여 한국 사회의 세대내 불평등 및 세대간 계층이동성에 영향을 미치는 동질혼의 역할에 대한 실증적 이해에 기여하고자 하였다. 동질혼이 소득과 소비, 그리고 자산에 미치는 영향에 관한 다중회귀분석 결과, 동질혼의 성취적 특성으로는 고학력 동질혼이 소득과 소비 수준을 증가시키는 요인으로 나타났으며, 동질혼의 귀속적 특성으로는 아버지들의 교육적 동질혼이 자산수준을 증가시키는 요인으로 나타났다. 소득과 소비에는 동질혼의 성취적 특성이 영향을 미치는 반면, 자산에는 동질혼의 귀속적 특성이 유의미한 영향을 미치는 것으로 나타나, 세대간 이전이 소득보다 자산을 중심으로 영향을 미치고 있음을 발견하였다. 특히 20-30대 젊은 부부에게는 귀속적 특성이 자산에 대해서만 유의미한 영향을 미친다는 점도 밝혀졌다.
홍대용(洪大容, 1731~1783)이 저술한 "담헌서(湛軒書)" 외집 권6의 <주해수용(籌解需用)>에는 수격식 천문시계인 혼상의(渾象儀)에 대한 기록이 나온다. 우리는 홍대용 혼상의에 대한 구조와 작동 메커니즘에 대한 연구를 통해 복원 모델의 개념설계를 진행하였다. 혼상의는 세 개의 환(環)과 2개의 층(層)으로 되어 있다. 외층에 해당하는 환 구조는 자신이 제작한 혼천의인 통천의(統天儀) 구조와 유사하다. 내층에 해당되는 혼상구에는 별자리와 은하수를 그려넣고, 태양과 달의 모습을 구슬 형태로 매달아 천상의 운행 모습을 구현하였다. 통천의는 추동력으로 운행되며, 혼상의는 물에 의한 수격방식으로 운행된다. 홍대용의 수격방식은 조선에서 전통적으로 사용한 동력체계로 중국의 대표적 천문시계인 수운의상대의 동력체계를 간소화시켰다. 혼상의에 대한 기록은 조선시대 수격식 동력체계를 다룬 거의 유일한 문헌기록으로 수격식 작동 메커니즘 연구에 중요한 단서를 제공해 주고 있다.
본 논문에서는 유한 요소법(FEM) 시뮬레이션을 사용하여 초음파 미세패턴 성형에 사용되는 초음파 공구혼을 이론적 연구와 유한요소해석을 통하여 조사 하였다. 이 방법은 FEM 해석으로 얻어진 초기 설계 추정치에 기초한다. 초음파 미세패턴 성형에 필요한 고유주파수와 공구 혼의 공진주파수를 유한요소해석을 통하여 예측하였다. ANSYS S/W를 이용한 FEM 분석은 초음파 혼의 진동모드 형상의 최적 설계기술로 공진 주파수를 예측하기 위해 사용하였다. 초음파 진동자에 전원이 공급되면, 초음파 진동자에 공급된 전기에너지가 기계적인 운동에너지로 변환되어 진동이 발생하게 된다. 초음파 공구혼의 종진동 에너지를 이용하여 절연시트위에 RFID TAG 패턴 성형을 하게 된다. 초음파 진동을 이용한 마이크로 단위의 형상정밀도 향상을 위해서는 공구혼의 종진동모드만을 이용하여 성형 해야 한다. 본 연구에서는 초음파 마이크로패턴 성형에 필요한 공구혼의 고유진동수 및 진동모드를 갖는 설계변수를 고찰하고, 유한요소해석 결과를 바탕으로 공구혼을 제작함으로써 마이크로패턴 성형에 응용하고자 한다. 유한요소해석 결과를 바탕으로 RFID TAG의 미세패턴 성형을 위한 초음파 공구혼의 최적설계 및 제작에 반영하였다.
본 논문에서는 고전력을 전송하기 위한 시스템에 사용되는 혼 안테나에 요구되는 특성을 연구하고 그에 따라 여러 혼 안테나의 특성을 비교, 분석하였으며, 최종적으로 다중 모드를 사용하는 원형 혼 안테나를 제안하였다. 고전력 전송 시스템에서는 전력 전송 효율이 매우 중요하며, 이를 위해 반사판 급전 혼 안테나로서 원형의 대칭 적인 방사패턴이 필요하며, 전력 누수와 간섭을 줄이기 위해 부엽이 억제되어야 한다. 뿐만 아니라 다중 모드를 사용함으로써, 혼 안테나의 전체적인 길이를 줄일 수 있고, 반사판 안테나의 형태, 방향에 따라 혼 안테나의 방사 패턴을 자유로이 조절할 수 있다. 또한 제작을 통해 이를 확인하였다.
고출력 증폭기의 선형화 방법 중 Predistorter 방식은 크기가 작고, 전력 효율이 좋아 고출력 증폭기 선형화에 많이 이용된다. 본 논문에서는 새로운 측정 방법을 이용하여 고출력 증폭기에서 발생하는 혼변조 신호와 Predistorter의 혼변조 신호가 결합하는 경우에 Predistorter의 혼변조 신호의 세기와 위상 변화에 따른 고출력 증폭기에서의 혼변조 신호 감쇠량을 실험적 방법을 통해 추정하였다. 결과적으로 동일한 혼변조 신호, 결합 조건(세기와 위상)의 Predistorter의 선형화 방법은 서로 다른 경로의 신호 결함을 하는 Feedforward 선형화 방법보다 5dB 정도의 혼변조 신호 감쇠량이 낮음을 확인하였다.
본 연구에서는 초음파 용접기의 진동에너지를 모재에 전달하는 금속 용접용 혼의 형상설계를 위해 해석적 기법을 적용하였으며, 20kHz 영역에서 사용되는 한파장 바 형상을 갖는 용접용 혼의 형상설계를 위해 FEM(Finite Element Method)을 사용하였다. 봉의 종진동 이론을 Ansys APDL(Ansys Parametric Design Language)에 적용하여 혼의 형상을 최적화하였다. 적절한 혼의 형상을 도출하기 위해 진동의 입력면과 출력면의 면적비와 혼의 축방향 길이비를 이용하여 총 25가지의 모델을 설계하였으며, Modal 해석과 Harmonic 해석을 통해 균일한 진동특성을 확보하고자 하였다. 스텝 바혼의 끝단부(팁)의 균일도 90%이상을 확보하기 위해 Harmonic 해석을 통해 길이비, 면적비를 결정하였고 이에 따라 혼의 총길이 130mm, 스텝 길이 65mm, 출력단 면적 28.79mm의 혼을 설계하였다. 설계치수를 바탕으로 Titanium (Ti-6Al-4V)-GR5 재료를 이용하여 혼을 제작하였다. 또한, 별도로 구성된 초음파 용접시스템을 이용하여 혼의 끝단부의 진동 진폭률 및 변위특성을 평가하였다. 최적화된 혼의 진폭률은 51%까지 향상됨을 확인하였다. 최종적으로 균일한 종방향 스텝 바혼을 설계하였으며, 끝단부(팁)의 균일도 97.4%이상을 확보하였다.
본 논문에서는 배열 합성 혼 안테나를 설계하고 고출력 마그네트론을 연결하여 방사전력을 측정하였다. 제안된 안테나는 $4{\times}4$ 배열 합성 혼 안테나 특성을 바탕으로 후방 방사를 억제시키기 위해 합성 혼 개구면 상, 하단에 2단 단락구조물을 부착하여 빔폭 E-plane $8.86^{\circ}$, H-plane $7.35^{\circ}$, 전후방비 39.7 dB를 얻었다. 또한 배열된 마그네트론을 이용한 배열 혼 안테나의 방사전력을 측정하기 위하여 도파관 어댑터를 설계하여 마그네트론과 혼 안테나를 연결 시켰고 고출력의 파워를 측정하기 위해 중간단에 에어갭을 넣은 마이크로스트립 라인 커플러를 설계하였다. $4{\times}4$ 배열 합성 혼 안테나의 중앙에 4개의 마그네트론을 연결하여 측정한 결과 평균 방사 출력 0.063 W를 얻었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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