본 연구에서는 소형 압전소자의 전기-역학적 임피던스를 이용하여 모래의 단위중량이나 강도를 평가하였다. 다짐 몰드 내 크기가 다른 세 종류의 미고결 낙동강모래를 느슨하거나 조밀하게 성형한 다음 내부에 직경 20mm 원형모양의 납작한 압전소자를 설치하고 임피던스를 측정하였다. 또한, 가는 낙동강모래에 시멘트비 4, 8, 12, 16%로 직경 50mm, 높이 100mm의 고결 공시체를 6층으로 다져서 제작하였다. 고결 공시체의 3층 내부에 압전소자를 수평방향으로 설치한 다음 3일 동안 임피던스 신호를 측정하였으며, 측정 후 일축압축시험을 실시하였다. 미고결 모래의 단위중량이 증가함에 따라 공진주파수는 102kHz에서 105kHz까지 약간 증가하였으며, 공진주파수 발생 시 컨덕턴스는 감소하였다. 고결 모래의 양생시간과 시멘트비가 증가함에 따라 공진주파수는 129kHz에서 266kHz까지 크게 증가하였으며, 공진주파수 발생 시 컨덕턴스는 반대로 감소하는 경향을 보였다. 고결 모래의 일축압축강도는 시멘트비에 따라 289-1,390kPa 정도이며, 공진주파수와는 뚜렷한 정비례 관계를 보이지만 공진주파수 발생 시 컨덕턴스와는 반비례 관계를 보였다.
태양광 발전 시스템을 위한 무접점 변압기 적용 고효율 Full-bridge LLC 공진컨버터를 제안하였다. 제안된 LLC 공진컨버터는 직렬 커패시터와의 직렬공진을 위해 무접점 변압기의 누설인덕턴스와 자화인덕턴스를 이용하였다. 제안된 LLC 공진컨버터는 공진주파수 보다 높은 스위칭영역에서 연속 공진전류로 동작하는 기존 직렬공진 컨버터와는 달리 공진주파수 아래의 좁은 주파수 범위에서 불연속 공진전류로 동작한다. 이러한 불연속모드 공진전류 때문에 제안된 컨버터는 어떤 보조회로 없이 무접점 변압기 1차측 주스위칭 소자의 영 전압 스위칭(ZVS)과 2차측 다이오드의 영 전류 스위칭(ZCS)을 얻을 수 있고, 높은 전압이득특성을 갖는다. 본 논문에서는 무접점 변압기 적용 Full-bridge LLC 공진컨버터를 이용한 무접점 전원장치에 대한 이론적 해석 및 시뮬레이션을 통해 150W급 시제품을 제작하여 태양광 발전 전원시스템에 적용 실험한 결과를 서술했다.
논문에서는 마이크로스트립 안테나 제작에 상용화되어 있는 에폭시계 FR-4 기판과 압전물질인 $LiNbO_3$와 PVDF를 기판으로 사용하여 마이크로스트립 패치 안테나를 제작하였다. 제작된 마이크로스트립 안테나에 DC 전계를 인가하였을 때 압전기판인 $LiNbO_3$와 PVDF의 경우 실시간으로 주파수 이동을 구현하여 안테나 제작 후에도 물리적 변형을 가하지 않고 공진주파수와 대역폭을 이동 및 조정할 수 있는 단일형 마이크로스트립 패치 안테나를 제작하고 특성을 분석하였다. 압전 특성을 갖는 $LiNbO_3$, PVDF 압전기판과 에폭시계 FR-4 기판을 사용하여 마이크로스트립 패치 안테나를 제작한 후 DC 전계를 인가함으로써 공진주파수의 이동을 확인하였다. 실험을 통하여 PVDF 압전기판에 400V/mm까지 DC 전계를 인가하였을 경우 최대 각각 17 MHz의 변화 값을 보였고 $LiNbO_3$는 29 MHz의 변화를 보였지만 FR-4 기판에서는 아무런 변화가 없었다. 이러한 결과들로부터 압전기판을 사용한 마이크로스트립 안테나는 안테나 제작 후에도 물리적 변형을 가하지 않고 공진주파수와 대역폭을 이동 및 조정할 수 있는 특성을 이용하여 최근 이동통신 분야에 많이 쓰이고 있는 마이크로스트립 안테나에 응용 가능하리라 사료된다.
공진기(cavity)이론을 적용하여 등각면을 이루는 구면사각패치 마이크로스트립 공진기를 해석한다. 후린징전자계(fringing field) 때문에 발생되는 공진주파수의 오차를 줄이기 위하여 실효유전상수를 고려하여 공진주파수를 계산한다. 해석된 결과식에 따라 Epsilam 10기판으로 3GHz에서 동작하는 전송형 구면사각패치 마이크로스트립 공진기를 설계 제작하였다. 측정 결과는 공진주파수 2.985GHz, 반사손실 -44.4dB로써 이론값과 거의 일치하였다.
본 연구는 고주파 직렬공진 인버어터를 이용한 20[kHz],10[kHz]급 고효율 유도가열장치에 관한 것이다. 치가열체인 부하변동에 대해서는 인버어터의 직류 입력 전압을 가변시키고 인버어터 스윗칭을 공진 주파수를 추종해 동작시킴으로써 무료전력을 최소화 할 수 있는 회로 구성을 제시하였다. 그리고 시뮬레이션과 실험을 통해 유도가열장치의 인버어터 역률이 약0.96으로 양호함을 알 수 있었다.
본 논문에서는 UHF ISM 대역의 일정 범위 내에서 공진 주파수를 연속적으로 제어할 수 있는 반 파장 마이크로스트립 안테나를 설계, 제작하였다. 반 파장 안테나에서 전계가 가장 강한 양끝 부분과 접지면 사이에 바랙터 다이오드를 장착하고 인가되는 전압을 변화시켜 안테나의 전기적 공진 길이를 연속 조정함으로써 주변 환경에 의하여 변화된 공진 주파수와 입력 임피던스의 능동 복원을 가능하게 할 수 있도록 하였다. 제안된 안테나(중심 공진 주파수: 425 MHz)를 제작 시험한 결과, 각각의 제어 전압을 DC 0.6 에서 3.0 volt 까지 인가시켰을 시 반사손실 20 dB 이하의 공진 주파수를 385 MHz에서 465 MHz까지 가변할 수 있었다. 최대 이득(peak Bain)은 -0.2 dBd이었으며, 반사 손실 -10 dB 대역폭(bandwidth)는 3.3 MHz(0.8 %)를 나타내었다.
본 논문에서는 전극들이 동일한 평면상에 놓이고, Gap에 의하여 유전간격을 형성한 새로운 구조의 임베디드 캐패시터(EC)를 제안하였다. 제안된 EC의 이름을 Gap type EC라고 하고, 유한요소법으로 그 특성을 평가하였다. Cap type EC의 공진주파수는 기존의 EC에 비하여 고주파 대역으로 이동되었다. 또한 공진주파수는 전극의 크기와 두께에 따라 변화되었다. Gap type EC는 Gap size가 $50{\mu}m$일 때 $55pF/cm^2$의 정전용량을 나타내었다. 이 값은 기존의 EC가 나타내는 $25pF/cm^2$에 비하여 높은 값이다. 따라서 본 논문에서 제안한 Gap type EC는 고주파 디커플링 용도로 충분히 사용될 수 있을 것이다.
본 논문에서는 주파수 가변이 가능한 영차 공진 안테나를 구현하였다. 제안된 안테나의 영차 공진 특성은 composite right/left-handed(CRLH) 전송 선로를 이용하여 구현하였고, 안테나의 소형화를 극대화하기 위해 버섯 구조의 접지 평면에 사각 슬롯을 설계하였다. 또한, 주파수 가변을 위해 슬롯이 있는 접지 평면에 가변 소자를 삽입하였다. 슬롯이 있는 접지 평면에 위치한 가변 소자의 on/off 상태에 따라, CRLH 전송 선로의 병렬 인덕턴스 값을 변화시킴으로 인해 안테나의 공진 주파수가 바뀌게 된다. 실험 결과, 제안된 안테나의 공진 주파수는 4.92 GHz에서 2.96 GHz로 변했다. 한편, 제안된 안테나의 크기는 일반적인 반파장 패치 안테나보다 최대 94.24 % 크기를 감소시킬 수 있었다.
본 논문에서는 주파수 재구성 기능이 가능한 방사 구조 갖는 co-planar waveguide (CPW) 급전 방식의 영차 공진 안테나를 제작하고 측정하였다. 제안된 안테나의 단위 셀은 직렬 metal-insulator-metal (MIM) 형태의 커패시터와 두개의 단락된 병렬 스터브 인덕터로 구성되어 있다. 제안된 안테나는 두 개의 단위 셀을 갖는 composite right/left-handed (CRLH) 전송 선로에 근거하여 설계되었으며 선로의 끝단을 개방하여 선로의 병렬부에서 주된 전자파 에너지 방사가 이루어지도록 하였다. 안테나의 크기를 소형화시키는 동시에 다이오드 스위치 부착을 통하여 주파수 재구성 안테나를 구현하기 위하여 비아를 통하여 접지 면과 연결되어지는 4개의 $90^0$ 접혀진 단락 스터브 선로를 병렬 인덕터 구조로 사용하였다. 제안된 안테나의 영차 공진주파수는 3.09 GHz이고 전체 크기는 $0.22{\lambda}_0{\times}0.16{\lambda}_0$이다. 제작된 안테나의 측정 결과 영차 공진 주파수 2.97 GHz에서 안테나의 최대 이득과 임피던스 대역폭은 각각 3.1 dBi와 56MHz를 나타내었으며, 삼중 대역에서 동작하는 주파수 재구성 안테나시스템에 응용이 가능하다.
본 논문에서는 H-모양 공진 개구를 이용한 평면 기판의 유전율 특성 분석 방법을 제안하였다. 이를 위해 마이크로스트립 전송선로의 접지면에 H-모양 공진 개구를 추가하여 대역 저지 필터를 생성하였다. 마이크로스트립 전송선로의 접지면 뒤에 2 mm 두께의 평면 기판을 놓고 기판의 유전율 변화에 따른 공진주파수의 변화를 조사하였다. 기존의 상보 분할 링 공진기 구조를 사용하였을 때와 비교하여 기준 공진주파수에 대한 주파수의 변화 비가 커짐을 알 수 있었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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