• 제목/요약/키워드: Finite difference time domain method

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수치해석을 이용한 산사면에서의 간극수압 예측에 관한 연구 (A Numerical Analysis of Porewater Pressure Predictions on Hillside Slopes)

  • 이인모;서정복
    • 한국지반공학회지:지반
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    • 제10권1호
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    • pp.47-62
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    • 1994
  • 산사면에서 강우에 의한 지하수위 상승은 사면의 안정성에 큰 영향을 미치는 중요한 요소임은 이미 잘 알려져 있다. 그러므로 강우로 인한 지하수위 상승을 예측하는 일은 산사면의 안정성을 해석하기 위한 매우 중요한 요소이다. 본 연구는 포화흐름과 비포화흐름을 고려한 산사면에서의 지하수위 변동을 예측하기 위한 수치해석 모델의 개발과 적용 가능성을 검토하였으며, 수치해석이 갖는 큰 약점인 입력상수에 대한 불확실성을 고려해주기 위하여 매개변수분석 및 예측법을 제시하였다. 수치해석모델을 개발하기 위해 사용한 수치해석기법은 유한요소법과 유한차분법을 동시에 이용하였다. 이와 같은 방법을 이용하여 2차원 수치해석모델을 개발한 후, 수치해석모델의 입력값들이 갖는 불확실한 상수들에 대한 매개변수분석을 수행하여 본 수치해석모델의 현장 적용성을 검토하였다. 매개변수예측방법은 Maximum-A-Posteriori(MAP)방법을 이용하여 불확실한 입력상수인 $K_e$,$\psi_e$, b에 대한 배개변수분석을 수행하였다. 개발된 수치해석모델의 적용성을 검토하기 위해 실제 산사태가 빈번히 일어났던 서울시 시흥동에 위치한 현장에 적용하여 계측된 지하수위와 비교, 검토하였다. 이 적용결과로부터 본수치해석모델이 강우로 인한 산사면에서의 지하수위 상승을 비교적 잘 예측해주고 있음을 알 수 있었다.

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지하 탐사 레이더 영상에서 지하의 비균일 클러터 저감을 위한 고유 영상기반 신호처리 (Eigenimage-Based Signal Processing for Subsurface Inhomogeneous Clutter Reduction in Ground-Penetrating Radar Images)

  • 현승엽;김세윤
    • 한국전자파학회논문지
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    • 제23권11호
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    • pp.1307-1314
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    • 2012
  • 지하 탐사 레이더(GPR: Ground-Penetrating Radar) 영상에서 지하의 비균일성에 의한 클러터(clutter)의 영향을 저감할 수 있는 고유 영상(eigenimage) 기반의 신호처리 기법을 제시하였다. GPR 탐사의 B-scan 영상에 기존의 고유 영상 필터링 기법을 적용하면 안테나 링잉, 송수신 안테나 간의 직접 결합(direct coupling)과 지표면 반사와 같이 비교적 균일한 클러터는 충분히 제거할 수 있다. 그러나, 지하의 비균일성(inhomogenity)에 의한 불규칙적인 클러터는 제거되지 못한 채 여전히 남아 있어서, 표적 신호(target signal)는 클러터에 의해 왜곡되거나 가려진다. 고유 영상 필터링한 영상들의 동일 픽셀(pixel) 간의 관계를 비교해 보면, 지하의 클러터와 표적에 해당하는 픽셀은 서로 다른 상관성이 존재하였다. 상관성이 높은 픽셀은 강화하면서 상관성이 낮은 픽셀은 저감할 수 있도록 고유 영상 필터링한 영상들에서 동일 픽셀간 기하 평균 신호처리 방법을 제안하였다. 불규칙 매질 분포(random media distribution)를 갖는 비균일 지하 속의 표적에 대한 GPR 탐사를 불규칙 매질 생성 기법(randommedia generation technique)과 시간 영역 유한 차분(FDTD: Finite-Difference Time-Domain)법으로 모의계산하고, 제안한 신호처리 방법을 GPR 탐사의 B-scan 자료에 적용하였다. 제안한 방법은 기존의 고유 영상 필터링에 비해서 지하의 비균일 클러터를 현저히 저감하고, 표적신호는 충분히 강화할 수 있음을 보였다.

다양한 매질내의 손실특성 개선을 위한 크로스바 구조의 대칭 결합선로에 대한 해석 (Analysis of Symmetric Coupled Line with Crossbar Embedded Structure for Improved Attenuation Characteristics on the Various Lossy Media)

  • 김윤석
    • 대한전자공학회논문지TC
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    • 제47권8호
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    • pp.61-67
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    • 2010
  • 일반적으로 MIS(도체-부도체-반도체)의 다층 구조로 이루어진 대칭 결합선로에 대한 해석 절차는 모드(even and odd) 해석에 기초한 특성임피던스와 전파상수를 추출함으로서 단층의 결합선로 해석 절차와 동일하다. 본 논문에서는 손실매질의 다층구조로 이루어진 마이크로 스트립선로의 손실특성의 개선을 위한 새로운 구조를 제안한다. MIS 구조로 된 전송선로의 Si와 SiO2층 사이에 0전위를 가진 도체를 일정한 간격의 주기적인 배열로 고안된 새로운 모델의 MIS구조에 대한 유한차분법을 이용한 해석방법이 사용된다. 특히 전송선로에 대한 유전체의 영향을 줄이기 위하여 0전위를 가진 주기적인 결합의 도체로 이루어진 구조가 시간영역의 신호를 통해 시험된다. 다양한 손실률을 가진 불완전 유전체에 따른 주파수 의존적인 추출된 전송선로 파라미터와 등가회로 파라미터가 주파수 함수로서 나타내진다. 특히 본 논문에서 제안한 새로운 구조의 불완전 유전체에 대한 전송선로 파라미터가 주파수 함수로 구해진다.

특정 손실 매질위의 다중 결합선로에 대한 손실특성 개선 (Improvement of Attenuation Characteristics for Multiple Coupled Line Structure on the Specific Lossy Media)

  • 김윤석;김민수
    • 대한전자공학회논문지TC
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    • 제48권12호
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    • pp.35-41
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    • 2011
  • 본 논문에서는 손실매질의 다층구조로 이루어진 마이크로 스트립선로의 손실특성의 개선을 위한 새로운 구조를 제안한다. MIS 구조로 된 전송선로의 Si와 SiO2층 사이에 0전위를 가진 도체를 일정한 간격의 주기적인 배열로 고안된 새로운 모델의 MIS구조에 대한 유한차분법을 이용한 해석방법이 사용된다. 특히 전송선로에 대한 유전체의 영향을 줄이기 위하여 0전위를 가진 주기적인 결합의 도체로 이루어진 구조가 시간영역의 신호를 통해 시험된다. 다양한 0전위 도체의 간격(갭)에 따른 주파수 의존적인 추출된 전송선로 파라미터와 등가회로 파라미터가 주파수 함수로서 나타내진다. 또한 본 논문에서 고안된 구조에 대해 특성임피던스와 유효유전상수의 큰 변화 없이 대칭 결합선로의 quality factor가 개선됨을 볼 수 있다.

선형소자로 종단된 손실이 있는 다중 전송선의 FDTD 해석 (FDTD Analysis of Lossy Multiconductor Transmission Lines Terminated in Linear Loads)

  • 박범준;주재철;이형영;박동철
    • 한국전자파학회논문지
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    • 제11권3호
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    • pp.419-428
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    • 2000
  • 전송선 방정식을 이용하여 선형소자로 종단된 손실이 있는 다중 전송선에서의 누화(crosstalk)와 외부 전자파 에 의한 결합현상을 FDTD 기법으로 해석하였다. 표피효과에 의한 도체의 손실을 고려하여 해석할 경우 전송선 방정식에 컨벌루션 적분이 나타나게 되는데 컨벌루션 적분의 계산량을 줄이기 위해서 프로니(Prony) 방법을 이 용하였다. 또한 저항뿐만 아니라 인덕터나 커패시터로 종단된 다중 전송션을 해석하기 위해 상태변수 표현식 (state-variable formulation)을 이용하였다, TEM(Transverse Electromagnetic) 셀을 이용해서 다중 전송선에서의 누화와 외부 입사장에 의한 전자파 결합현상을 시간영역에서 측정하였고 이론적으로 구한 시율레이션 결과 와 비교하여 잘 일치함을 확인하였다. 또한 PCB와 같이 KSC 3340 TIV보다 상대적으로 손실이 큰 전송선 구조 인 경우 도체의 길이가 짧아도 손실을 포함해야 정확한 예측이 가능함을 확인하였고 저주파에서의 저항은 정상 시간 응답을 결정하고 고주파에서의 임피던스는 초기시간 응답을 결정함을 보였다.

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단순화 모델에 의한 2차원 갑판침입수의 수치 시뮬레이션 (Numerical Simulation of Two-Dimensional Shipping Water by Using a Simplified Model)

  • 김용직;김인철
    • 대한조선학회논문집
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    • 제33권2호
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    • pp.1-12
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    • 1996
  • 본 논문에서는 갑판침입수의 유동특성을 단순화된 2차원 모델을 이용하여 고찰하였다. 기본방정식으로 천수파 모델에 기초한 보존형의 비선형 쌍곡선방정식이 도출되었고, 이를 계산하기 위한 시간영역 수치해법으로 predictor-corrector법과 2종 상류차분법을 채용한 유한차분법을 개발 적용하였다. 보아를 수반하는 몇가지 단순한 경우들에 대한 계산결과를 해석해와 비교하였으며, 본 수치해법이 갑판침입수의 유동해석에 유용한 방법임을 보였다. 갑판침입수의 유동 시뮬레이션 에들에서, 갑판침입수는 확산파의 형태로 감판상에 유입되며 갑판상의 구조물에 부딪힌 후 보아형태로 발달해 감이 보여지고 있다. 또한, 침입수 유동에 영향을 줄 수 있는 중요요소로서 갑판의 기울기, 상방향 가속도등이 다루어 졌고, 이들이 갑판 침입수의 유동에 상당한 영향을 미침을 확인하였다.

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Schroeder 확산기를 적용한 삼각형 전자파 잔향실의 필드 균일도 특성 (Electromagnetic Field Uniformity Characteristics of a Triangular Reverberation Chamber with Schroeder Diffusers)

  • 김성철;이중근
    • 한국전자파학회논문지
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    • 제13권4호
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    • pp.373-378
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    • 2002
  • 본 논문은 전자파 장해 및 복사 내성 측정의 대용시설로 사용될 수 있는 삼각형 구조의 전자파 잔향실내 필드 균일도 특성에 관한 연구이다. 체적이 동일한 두 삼각형 구조의 전자파 잔향실내 필드 균일도를 개선시키기 위하여 Schroeder 확산기를 설계하여 적용하였으며, 잔향실 내부의 필드 특성을 해석하기 위해 FDTD (Finite-Difference Time-Domain)방법 을 사용하여 시험 공간의 한 면에 서 전계 세기를 추출한 후, 필드 분포를 분석하였다. 또한 정삼각형 구조의 전자파 잔향실과 Schroeder 확산기를 설계, 시뮬레이션 및 제작하여, 실험을 통한 시험 평가를 한 결과, Schroeder 확산기를 적용한 삼각형 구조의 전자파 잔향실내 필드 균일도가 확산기를 적용하지 않은 경우와 비교하여 1 ~4 ㏈ 개선됨을 알 수 있었다.

개구 결합된 십자형 패치를 이용한 ISM 대역용 이중대역 마이크로스트립 안테나 (Dual-Band Microstrip Antenna for ISM Band using Aperture Coupled Cross Patch)

  • 박기동;정문숙;임영석
    • 한국전자파학회논문지
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    • 제14권5호
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    • pp.479-488
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    • 2003
  • 시간영역 유한차분법을 이용하여 2.4 GHz와 5.8 GHz외 ISM 대역을 위한 이중대역 마이크로스트립 안테나를 설계한다. 2개의 구형 패치가 겹쳐진 십자형 패치를 안테나의 방사소자로 제안하고 급전 방식은 개구 결합을 이용한다. 안테나 설계를 위해 개구와 스터브 길이 변화에 따른 입력 임피던스의 변화를 살펴보고, 방사소자의 길이와 폭 변화에 따른 중심 주파수와 -10 dB대역폭을 고찰한다 반사손실에 대한 계산 결과를 IE3D의 해석 결과 및 측정 결과와 비교하여 잘 일치함을 확인하고, 주파수 2.43 GHz와 5.79 GHz에서 안테나의 방사패턴을 측정하여 -3 dB 빔폭, 전후방비 및 최대 이득을 제시한다.

유전체 방전 살균 극대화를 위한 금속 나노 구조를 이용한 표면 플라즈몬 전극에 관한 연구 (Study on Surface Plasmon Electrode Using Metal Nano-Structure for Maximizing Sterilization of Dielectric Discharge)

  • 기현철;오병윤
    • 한국전기전자재료학회논문지
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    • 제31권2호
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    • pp.80-84
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    • 2018
  • In this study, we investigated plasmon effects to maximize the sterilization of dielectric discharge. We predicted the effect using the finite difference time domain (FDTD) method as a function of electrode shape, size, and period. The structure of the electrode was designed with a thickness of 100 nm of silver nanoparticles on a glass substrate, and was varied according to the shape, size, and period of the electrode hole. Based on the results, it was confirmed that the effect of plasmons was independent of the shape of the electrode hole. It was thus confirmed that the plasmon effect depended only on the size and period of the holes. Further, the plasmon effect was affected by the size rather than period of the holes. Because the absorption of light by the metal varied according to the size of the hole, the plasmon effect generated by the absorption of light also varied. The best results were obtained when the radius and period of the electrode holes were $0.1{\mu}m$ and $0.4{\mu}m$, respectively.

Extraordinary Optical Transmission and Enhanced Magneto-optical Faraday Effect in the Cascaded Double-fishnet Structure with Periodic Rectangular Apertures

  • Lei, Chengxin;Man, Zhongsheng;Tang, Shaolong
    • Current Optics and Photonics
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    • 제4권2호
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    • pp.134-140
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    • 2020
  • A significant enhancement of the magneto-optical Faraday rotation and extraordinary optical transmission (EOT) in the cascaded double-fishnet (CDF) structure with periodic rectangular apertures is theoretically predicted by using the extended finite difference time domain (FDTD) method. The results demonstrate that the transmittance spectrum of the CDF structure has two EOT resonant peaks in a broad spectrum spanning visible to near-infrared wavebands, one of them coinciding with the enhanced Faraday rotation and large figure of merit (FOM) at the same wavelength. It is most important that the resonant position and intensity of the transmittance, Faraday rotation and FOM can be simply tailored by adjusting the incident wavelength, the thickness of the magnetic layer, and the offset between two metallic rectangular apertures, etc. Furthermore, the intrinsic physical mechanism of the resonance characteristics of the transmittance and Faraday rotation is thoroughly studied by investigating the electromagnetic field distributions at the location of resonance. It is shown that the transmittance resonance is mainly determined by different hybrid modes of surface plasmons (SPs) and plasmonic electromagnetically induced transparency (EIT) behavior, and the enhancement of Faraday rotation is mostly governed by the plasmonic electromagnetically induced absorption (EIA) behavior and the conversion of the transverse magnetic (TM) mode and transverse electric (TE) mode in the magnetic dielectric layer.