In this study, we have proposed a floating metal guard ring structure based on TCAD simulation in order to enhance the breakdown voltage characteristics of gallium oxide ($Ga_2O_3$) vertical high voltage switching Schottky barrier diode. Unlike conventional guard ring structures, the floating metal guard rings do not require an ion implantation process. The locally enhanced high electric field at the anode corner was successfully suppressed by the metal guard rings, resulting in breakdown voltage enhancement. The number of guard rings and their width and spacing were varied for structural optimization during which the current-voltage characteristics and internal electric field and potential distributions were carefully investigated. For an n-type drift layer with a doping concentration of $5{\times}10^{16}cm^{-3}$ and a thickness of $5{\mu}m$, the optimum guard ring structure had 5 guard rings with an individual ring width of $1.5{\mu}m$ and a spacing of $0.2{\mu}m$ between rings. The breakdown voltage was increased from 940 V to 2000 V without degradation of on-resistance by employing the optimum guard ring structure. The proposed floating metal guard ring structure can improve the device performance without requiring an additional fabrication step.
A capacitor self-calibration is proposed to improve the linearity of the capacitor digital-to-analog converter (CDAC) for an asynchronous successive approximation register (SAR) analog-to-digital converter (ADC) with 10-bit resolution. The proposed capacitor self-calibration is performed so that the value of each capacitor of the upper 5 bits of the 10-bit CDAC is equal to the sum of the values of the lower capacitors. According to the behavioral simulation results, the proposed capacitor self-calibration improves the performances of differential nonlinearity (DNL) and integral nonlinearity (INL) from -0.810/+0.194 LSBs and -0.832/+0.832 LSBs to -0.235/+0.178 LSBs and -0.227/+0.227 LSBs, respectively, when the maximum capacitor mismatch of the CDAC is 4%. The proposed 10-bit 20-MS/s asynchronous SAR ADC is implemented using a 110-nm CMOS process with supply of 1.2 V. The area and power consumption of the proposed asynchronous SAR ADC are $0.205mm^2$ and 1.25 mW, respectively. The proposed asynchronous SAR ADC with the capacitor calibration has a effective number of bits (ENOBs) of 9.194 bits at a sampling rate of 20 MS/s about a $2.4-V_{PP}$ differential analog input with a frequency of 96.13 kHz.
The significance of PNT information in the fourth industrial revolution is viewed differently in relation to the past. Autonomous vehicles, autonomous vessels, smart grids, and national infrastructure require sustainable and reliable services in addition to their high precision service. Satellite navigation system, which is the most representative system for providing PNT information, receive signals from satellites outside the earth so signal reception power is low and signal structures for civilian use are open to the public. Therefore, it is vulnerable to intentional and unintentional interference or hacking. Satellite navigation systems, which can easily acquire high performance of PNT information at low cost, require alternatives due to its vulnerability to the hacking. This paper proposed R-Mode (Ranging Mode) technology that utilizes currently operated navigation and communication infrastructure in terms of Signals of OPportunity (SoOP). For this, the Nationwide Differential Global Navigation Satellite System (NDGNSS), which currently gives a service of Medium Frequency (MF) navigation signal broadcasting, was used to validate the feasibility of a backup infrastructure in domestic maritime areas through simulation analysis.
Lasers for optical broadband communication systems should have excellent frequency selectivity and modal stability. DFB lasers have low lasing frequency shift during high speed current modulation. In this paper, when a refractive index grating and a gain grating are simultaneously present in a DFB laser having a wavelength of 1.55 ㎛, the dielectric film is coated so that reflection does not occur on the right mirror surface, so that ρr=0. For the first mode, which requires a minimum gain at the threshold, the beam distribution of the oscillation mode in the longitudinal direction and the radiated power ratio Pl/Pr were analyzed and compared for the cases of the phase of ρl=π and π/2. If the phase of ρl=π, in order to obtain a low threshold current and high frequency stability, κL should be greater than 8. In the case of the phase of ρl=π/2, for low threshold current, κL is necessary to be 1.0, where the oscillation frequency coincides with the lattice frequency. DFB lasers with an anti-reflection coated mirror have excellent mode selectivity than 1.55um DFB lasers with two mirror facets
In this study, two different scenarios for ammonia liquefaction in the green ammonia manufacturing process were proposed, and the economic-feasibility and environmental impact of each scenario were analyzed. The two liquefaction processes involved gas-liquid separation before cooling at high pressure (high pressure cooling process) or after decompression without the gas-liquid separation (low pressure cooling process). The high-pressure cooling process requires higher capital costs due to the required installation of separation units and heat exchangers, but it offers relatively lower total utility costs of 91.03 $/hr and a reduced duty of 2.81 Gcal/hr. In contrast, although the low-pressure cooling process is simpler and cost-effective, it may encounter operational instability due to rapid pressure drops in the system. Environmental impact assessment revealed that the high-pressure cooling process is more environmentally friendly than the low-pressure cooling process, with an emission factor of 0.83 tCO2eq less than the low-pressure cooling process, calculated based on power usage. Consequently, the outcomes of this study provide relevant scenario and a database for green ammonia synthesis process adaptable to various process conditions.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.44
no.5
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pp.649-661
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2024
Recently, the need for water supply from hydropower dams has been increasing due to drought. In order to supply water through hydropower dam, the inflow into hydropower dam should be evaluated first. Some of the hydropower dams in the Han River basin are located downstream of multipurpose dam, so it is important to analyze its own inflow of the hydropower dam. The purpose of this study is to evaluate the contribution of inflow by water source to the hydropower dam located in the Han River basin. Water use-related data provided by various domestic institutions were investigated and collected, and a location-based water supply and demand network was constructed. Unlike the existing domestic water balance analysis method, the simulation was conducted in consideration of the amount of transmission loss. The applicability of the analysis method was confirmed through the results of the fitness evaluation (NSE 0.95~0.99 and correlation coefficient 0.98~0.99) comparing the simulated flow with the observed flow at the representative point. Based on the water intake method of the facility and the release method of the remaining multipurpose dam water, a water balance analysis was performed assuming four cases, and the contribution of inflow by water sources into each hydropower dam was evaluated and presented. The research results are expected to provide various information for evaluating the water supply capacity of hydropower dams in the future.
Journal of the Institute of Electronics Engineers of Korea TC
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v.42
no.6
s.336
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pp.67-74
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2005
In this paper, high LO-RF isolation W-band MIMIC single-balanced mixer was designed and fabricated using a branch line coupler and a $\lambda$/4 transmission line. The simulation results of the designed 94 GHz balun show return loss of -27.9 dB, coupling of -4.26 dB, and thru of -3.77 dB at 94 GHz, respectively. The isolation and phase difference were 23.5 dB and $180.2^{\circ}$ at 94 GHz. The W-band MIMIC single-balanced mixer was designed using the 0.1 $\mu$m InGaAs/InAlAs/GaAs Metamorphic HEMT diode. The fabricated MHEMT was obtained the cut-off frequency(fT) of 189 GHz and the maximum oscillation frequency(fmax) of 334 GHz. The designed MIMIC single-balanced mixer was fabricated using 0.1 $\mu$m MHEMT MIMIC Process. From the measurement, the conversion loss of the single-balanced mixer was 23.1 dB at an LO power of 10 dBm. Pl dB(1 dB compression point) of input and output were 10 dBm and -13.9 dBm respectively. The LO-RF isolations of single-balanced mixer was obtained 45.5 dB at 94.19 GHz. We obtained in this study a higher LO-RF isolation compared to some other balanced mixers in millimeter-wave frequencies.
3D imaging systems using 2D phased arrays have a large number of active channels, compelling to use a very expensive and bulky beamforming hardware, and suffer from low volume rate because, in principle, at least one ultrasound transmit-receive event is necessary to construct each scanline. A high speed 3D imaging method using a cross array proposed previously to solve the above limitations can implement fast scanning and dynamic focusing in the lateral direction but suffer from low resolution except at the fixed transmit focusing along the elevational direction. To overcome these limitations, we propose a new real-time volumetric imaging method using a cross array based on the synthetic aperture technique. In the proposed method, ultrasound wave is transmitted successively using each elements of an 1D transmit array transducer, one at a time, which is placed along the elevational direction and for each firing, the returning pulse echoes are received using all elements of an 1D receive array transducer placed along the lateral direction. On receive, by employing the conventional dynamic focusing and synthetic aperture method along lateral and elevational directions, respectively, ultrasound waves can be focused effectively at all imaging points. In addition, in the proposed method, a volume of interest consisting of any required number of slice images, can be constructed with the same number of transmit-receive steps as the total number of transmit array elements. Computer simulation results show that the proposed method can provide the same and greatly improved resolutions in the lateral and elevational directions, respectively, compared with the 3D imaging method using a cross array based on the conventional fixed focusing. In the accompanying paper, we will also propose a new real-time 3D imaging method using a cross array for improving transmit power and elevational spatial resolution, which uses linear wave fronts on transmit.
Kim, Hansol;Lee, Jaewook;Lee, Soobin;Han, Jeehoon;Lee, In-Beum
Korean Chemical Engineering Research
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v.53
no.1
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pp.31-38
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2015
At present, carbon dioxide ($CO_2$) emission, which causes global warming, is a major issue all over the world. To reduce $CO_2$ emission directly, commercial deployment of $CO_2$ separation processes has been attempted in industrial plants, such as power plant, oil refinery and steelmaking plant. Besides, several studies have been done on indirect reduction of $CO_2$ emission from recycle of reducing gas (carbon monoxide or hydrogen containing gas) in the plants. Unlike many competing gas separation technologies, pressure swing adsorption (PSA) and membrane filtration are commercially used together or individually to separate a single component from the gas mixture. However, there are few studies on operation of sequential separation process of multi-component gas which has more than two target gas products. In this paper, process simulation model is first developed for two available configurations: $CO_2$ PSA-CO PSA-$H_2$ PSA and $CO_2$ PSA-CO PSA-$H_2$ membrane. Operation optimization and economic evaluation of the processes are also performed. As a result, feed gas contains about 14% of $H_2$ should be used as fuel than separating $H_2$, and $CO_2$ separation should be separated earlier than CO separation when feed gas contains about 30% of $CO_2$ and CO. The simulation results can help us to find an optimal process configuration and operation condition for separation of multicomponent gas with $CO_2$, CO, $H_2$ and other gases.
In the accompanying paper, we proposed a real. time volumetric imaging method using a cross array based on receive dynamic focusing and synthetic aperture focusing along lateral and elevational directions, respetively. But synthetic aperture methods using spherical waves are subject to beam spreading with increasing depth due to the wave diffraction phenomenon. Moreover, since the proposed method uses only one element for each transmission, it has a limited transmit power. To overcome these limitations, we propose a new real. time volumetric imaging method using cross arrays based on synthetic aperture technique with linear wave fronts. In the proposed method, linear wave fronts having different angles on the horizontal plane is transmitted successively from all transmit array elements. On receive, by employing the conventional dynamic focusing and synthetic aperture methods along lateral and elevational directions, respectively, ultrasound waves can be focused effectively at all imaging points. Mathematical analysis and computer simulation results show that the proposed method can provide uniform elevational resolution over a large depth of field. Especially, since the new method can construct a volume image with a limited number of transmit receive events using a full transmit aperture, it is suitable for real-time 3D imaging with high transmit power and volume rate.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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