본 논문에서는 캡슐 내시경의 무선통신이 이루어지기 위한 환경 연구와 더불어 그에 적합한 수신 안테나를 설계하였다. 제안된 안테나는 인체와 같은 multi-loss layer환경에서 전파 손실을 최소화 하고 magnetic field를 이용하기 위해 루프 안테나로 설계했다. 주파수 대역은 인체 내 전파 손실을 고려하여 $400\~500$ MHz이고 FCC 규정에 따라 인체 각각의 조직에 대한 유전율과 도전율을 추출했다. 이를 하나의 등가 모델로 설정하고 그에 따른 유전율과 도전율을 계산해서 인체를 대신할 수 있는 수용액을 제조하였다. 전파 손실이 심한 인체 내에서 캡슐이 이동함에 따라 수신 레벨이 급격히 감소하기 때문에 배열 안테나가 요구된다. 1 mW의 신호를 송신하는 송신 안테나 위치에 상관없이 배열 안테나의 신호 레벨은 평균 -60 dBm 정도로 충분한 신호 검출이 가능한 것을 확인했다.
전자파가 인체에 미치는 영향에 대한 연구중 SAR(Specific Absorption Ratio)에 관한연구는 매우 활발하게 이루어지고 있으나 단파(High Frequency)대역에 의한 인체유도전류에 대한 연구는 미흡한 편이다. 본 연구에서는 근거리장에서 단파대역 RFID 리더 안테나에 의한 인체에 유도되는 전류를 측정하고 이를 등가화 할 수 있는 수직교차루프 형태의 인체등가 모형을 제시하여 인체의 유도전류량과 비교하였다.
본 논문에서는 SRR (Split Ring Resonator) 덮개 구조를 갖는 전기적 소형 정사각형 루프 안테나를 제안한다. 제안된 안테나는 Chu의 이론에 의한 결과, ka=0.34로 전기적으로 매우 소형화 되었다. 측정결과, 제안된 안테나의 공진주파수는 906MHz이며 임피던스 대역폭($VSWR{\leq}2$)은 5.8MHz (901.7 - 907.5MHz)를 나타내었다. 안테나구조의 등가회로모델을 적용하여 임피던스 정합과 동작특성의 최적화가 이루어졌고 접지면 환경을 이용하지 않는 안테나 구조를 사용하여 테플론 기판에 설계되었으며 급전부에서의 부가적인 정합 회로망 없이 효율적으로 임피던스 정합이 이루어졌다. 따라서 본 논문에서 제안된 안테나는 좁은 실장환경을 요구하는 무선통신시스템에 적용될 수 있을 것이다.
유한차분 시간영역 수치해석 기법을 사용하여 휴대폰과 인체 간의 전자파 결합 현상을 시율레이션하였고, 인체 두부의 모형을 제작하기 위한 생체 뼈 유사 물질의 합성에 관한 연구를 수행했다. 휴대폰 모형을 제작 하여 자유 공간에서 안테나 반사계수 및 복사 패턴을 측정하였다. 인체와 안테나 사이의 거리를 매개 변수로 하여 안테나의 입력 임피던스, 반사계수, 복사 패턴, 효율, 그리고 인체 두부의 전력 홉수량을 계산하였다. 인 체 근접 효과에 의하여 안테나 공진 주파수가 약 12 %까지 감소되었으며, 출력이 0.6W일 때, 두부와 안테나 사이의 거리가 30mm이상 떨어져 있을 경우, l-g 평균 최대 SAR가 ANSVIEEE 안전 기준인 1.6 W /kg 이 하로 계산되었다. 뼈 유사 물질의 합성에는 에폭시, 응고제, 그리고 흑연 분말을 기본 물질로 하고, 전도도를 제어하기 위해 소량의 전도성 에폭시를 첨가하였다. 850 MHz에서 비유전율이 18.04, 전도도가 0.347로서 생체 뼈의 특성에 매우 근접하는 시료가 합성되었음을 보였다.
3차원 분산 유한차분 시간영역 법을 이용하여 지하 침투 레이더에 대한 완전한 전자기적인 모의계산을 구현하였다. 제시된 모의계산 모델에는 공진기를 배후에 두고 있는 저항으로 중단된 bow-tie 안테나가 포함되어 있다. 그리고 수신안테나의 응답을 계산하기 위하여 안테나의 입력 임피던스와 급전선의 특성 임피던스로 구성된 등가회로를 사용하였다. 자체 제작한 bow-tie 안테나가 포함된 GPR 시스템을 사용한 실제 측정은 PVC 탱크에 담겨진 마른 모래 위에서 수행되었다. FDTD 모의계산 결과가 실제 측정자료와 거의 일치함을 확인할 수 있었다.
In this paper, E-plane gap-coupled rectangular microstrip antennas with parasitic elements are analyzed. The mutual coupling between the radiating edges is represented as the voltage-dependent current source. The gap coupling between the patch and parasitic element is characterized with the REC(Radiating Edges-Coupling) model, and the conventional transmission line model is used to obtain the equivalent circuit of the antenna. The return loss of the rectangular microstrip antennas with short-and open-circuit parasitic elements are calculated and compared with the measured values. The theoretical values including the mutual coupling are more in agreement with the measured values than the calculated values without the mutual coupling.
본 논문에서는 손실을 고려한 Metamaterial(MTM) 전송선의 단일 셀을 구성하고, 이 전송선에서 방사효과를 갖는 파라미터들의 실제 값을 구해본다. 그리고 이 단일 셀을 이용하여 분산 다이어그램을 그려, 여러 셀을 cascade로 연결하여 공진체로 사용하기 위한 조건들을 찾아낸다. 공진체로 사용할 시 종단을 단락 또는 개방을 하게 되는데, 각각의 경우에 따라 공진 주파수를 알아내기 위해 나타나는 입력 임피던스 혹은 입력 어드미턴스에 대해서 논의한다. 이를 이용하여 공진 체의 Quality Factor와 대역폭을 구하였으며, 공진 안테나의 입력 어드미턴스를 회로 시뮬레이션과 EM 시뮬레이션에서 비교하였다. 또한 단일 셀을 이용한 안테나를 설계하여, $0.05\lambda_0\times0.12\lambda_0$의 초소형 안테나로의 설계 시 방사효과 모델링이 어떤 영향을 미치는지 분석하였다.
RF 및 마이크로파 대역에서 동축 프로브 급전구조에 대한 효율적인 유한 차분 시간 영역(FDTD: Finite-Difference Time-Domain) 해석을 위한 등가 전원 모델링 기법들의 상호 관계를 연구하였다. 기존에는 델타 갭(delta-gap) 또는 자기 프릴(magnetic-frill) 개념을 FDTD에 도입한 등가 전원 모델들이 여러 연구진에 의해서 개발되었다. 이러한 등가 전원 모델들의 FDTD 구현 방법과 모의 계산의 정확성은 서로 조금 다르다는 정도로만 잘 알려져 있었다. 본 논문에서는 준정적 근사(quasi-static approximation)하에서 동축-프로브 급전 구조에 대한 FDTD 등가 전원 모델들의 상호 관계를 제시하였다. FDTD 등가 전원 모델들의 적용방법에 따라 동축 급전된 원추형 모노폴 안테나의 시간영역과 주파수영역 응답을 수치계산하였다. 또한, FDTD 모의계산의 정확성과 효율성에 대한 비교 결과를 제시하였다.
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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제11권10호
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pp.5116-5131
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2017
This paper studies the radio frequency to direct current (RF-DC) conversion efficiency of rectennas applicable to wireless power transfer systems, where multiple receive antennas are arranged in serial, parallel or cascaded form. To begin with, a 2.45 GHz dual-diode rectifier is designed and its equivalent linear model is applied to analyze its output voltage and current. Then, using Advanced Design System (ADS), it is shown that the rectifying efficiency is as large as 66.2% in case the input power is 15.4 dBm. On the other hand, to boost the DC output, three composite rectennas are designed by inter-connecting two dual-diode rectifiers in serial, parallel and cascade forms; and their output voltage and current are investigated using their respective equivalent linear models. Simulation and experimental results demonstrate that all composite rectennas have almost the same RF-DC conversion efficiency as the dual-diode rectifier, yet the output of voltage or current can be significantly increased; in particular, the cascade rectenna obtains the highest rectifying efficiency.
지표 근접 지질조사 및 매설물 조사에 응용되는 GPR탐사를 통해 석조문화재 기초지반을 효과적으로 탐지하기 위해 토양층과 자갈층이 교호하는 지질공학적인 모형지반(천부 지층구조)을 3 m의 깊이로 재건하여 GPR탐사 및 탄성파 굴절법 탐사를 측선별로 수행하였다. GPR탐사에 사용되는 주파수를 다양하게 적용하여 주파수별 분해능에 따른 모형지반의 경계구분을 확인하였다. 그 결과 100 MHz의 주파수 대역에서 분해능은 낮지만 가장 효과적으로 지층경계를 구분할 수 있었으며, 225 MHz, 450 MHz, 900 MHz의 고주파수 대역을 사용한 결과에서는 전자파의 감쇠로 인해 하부경계를 구분할 수 없었으나 천부의 분해능은 향상되었다. 이로부터 심부에 대한 100 MHz의 자료와 천부에 대한 고주파수 단면도를 조합하여 최종단면도를 얻었다. 탄성파 굴절법 탐사에서는 모형지반의 정확한 경계 및 지층 간 경계면은 파악할 수 없었으나, 모형지반이 위치하고 있는 구간에서의 등속도선이 주변 지역에 비해 상대적으로 깊은 심도까지 분포하는 것으로 볼 때 원지반과 모형 경계의 속도 대비를 파악할 수 있는 것으로 나타났다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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