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인공물ED
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순환천이변조 주파수도약대역확산/시분할다중접속 시스템의 성능 개선에 관한 연구
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<h1>I. 서론</h1><p>순환부호천이변조 (CCSK: cyclic code shift keying)는 이동통신 채널에서 M진 시그널링의 한 형태로써, 비직교 시그널링 개념이다. 순환부호천이변조는 하드웨어 구조가 간단하다는 특징을 가지고있다. 일단 기본 순환부호천이변조 시퀀스가 선택되면 나머지 시퀀스는 기본 순환부호천이변조 시퀀스를 한 비트씩 순환하여 만들 수 있다. 기본 순환부호천이변조 시퀀스는 최대 길이 시퀀스 (MLS: maximal-length sequence), 변형된 최대 길이 시퀀스 (MMLS: modified maximal-length sequence), 무작위 시퀀스 (RS: random sequence)를 이용한다. 그런데 이와 같은 시퀀스는 위상 차이가 0 인 경우 최대 자기상관 값을 가지기는 하지만, 위상 차이가 0 이 아닌 경우 자기 상관 값이 0 이 아닌 임의의 작은 값이 나타날 수 있다. 따라서 이를 통신 시스템에 적용한 경우 채널에서 간섭 신호와 부가 백색 가우시안 잡음 (AWGN : additive white Gaussian noise)이 송신 신호에 영향을 주면, 위상이 0이 아닌 위치에서 Sidelobe가 위상이 0인 위치의 Mainlobe와 구분할 수 없을 수도 있으므로, 수신기에서 순환부호천이변조에 사용된 시퀀스를 찾을 수 없게 된다.</p><p>따라서 본 논문에서는 자기상관 특성이 우수한 3진 시퀀스를 순환부호천이변조를 이용한 주파수도약대역확산/시분할다중접속 (FHSS/TDMA: frequency hopping spread spectrum/time division multiple access) 시스템의 기본 순환부호천이변조 시퀀스에 적용하여 시스템 성능이 향상됨을 확인하였다.</p><p>본 논문은 다음과 같이 구성되어 있다. 제 II장에서는 본 논문에서 고려한 주파수도약대역확산/시분할 다중접속 시스템 모델을 제시한다. 그리고 제 표장에서는 주파수도약대역확산/시분할다중접속 방식의 무선통신 시스템에서 발생할 수 있는 간섭 시나리오를 언급한다. 제 IV장에서는 모의 실험 결과를 제시하고, 본 논문의 결론을 제 V장에서 기술한다.</p>
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"기본 순환부호천이변조 시퀀스에서 위상 차이가 0인 경우 문제가 발생할 수 있어?",
"AWGN은 additive white Gaussian new이지?",
"순환부호천이변조는 하드웨어적 구조가 복잡해?",
"순환부호천이변조는 소프트웨어 구조가 간단하지?",
"기본 순환부호천이변조 시퀀스에서 이용하는 시퀀스는 어떤 것들이 있어?",
"기본 순환부호천이변조 시퀀스는 3가지가 있는데 그 3가지가 뭐야?",
"CCSK는 M진 시그널링의 한 형태로써, 직교 시그널링 개념을 의미해?",
"순환부호천이변조의 약자는 CCCK이지?",
"본 논문에서 사용한 3진 시퀀스가 우수한 특성을 보이는 부분이 뭐야?",
"FHSS/TDMA 시스템은 무슨떠한 특성이 훌륭한 3진 시퀀스를 순환부호천이변조를 활용하였는가?",
"수신기에서 순환부호천이변조에 사용된 시퀀스를 찾을 수 없을 때는 위상 차이가 최대 자기상관 값을 가지는 경우가 맞아?",
"시퀀스는 위상 차이가 10 인 경우 최대 자기상관 값을 가지지?",
"시퀀스의 자기 상관 값은 어떤 값을 가질 때 수신기에서 순환부호천이변조에 사용된 시퀀스를 찾을 수 없어?",
"비직교 시그널링 개념으로 이동통신 채널에서 M진 시그널링의 한 형태인 것은 뭐야?",
"CCSK를 한국말로 뭐라고 표현해?"
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인공물ED
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순환천이변조 주파수도약대역확산/시분할다중접속 시스템의 성능 개선에 관한 연구
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<h1>V. 결론</h1><p>본 논문에서는 순환부호천이변조를 심볼 변조 방식으로 이용하는 주파수도약대역확산/시분할다중접속 시스템에서 순환부호천이변조에 사용되는 시퀀스에 따른 시스템 성능을 모의 실험을 통해 확인하였다. 기존의 시퀀스는 랜덤 시퀀스이고 본 논문에서 적용을 제안한 시퀀스는 3진 시퀀스이다. 모의 실험 결과로부터 3진 시퀀스를 순환부호천이변조에 적용한 시스템에 기존의 랜덤 시퀀스를 적용한 시스템에 비해 심볼간 간섭이 존재하는 경우를 포함하여 모든 경우에 뛰어난 성능을 나타내는 것을 확인하였다. 본 논문의 결과는 순환부호천이변조방식을 적용한 주파수 도약대역확산/시분할다중접속 시스템을 구현하는데 참고자료로 활용될 수 있다.</p>
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[
"본 논문의 실험에서 종속변수를 어떤 것으로 설정하고 모의 실험을 진행했어?",
"본 논문에서는 어떤 변조 방식을 심볼 변조 방식으로 이용하는 주파수도약대역확산/시분할다중접속 시스템에서 모의실험을 진행했어?",
"본 논문에서 모의 실험을 시행한 시스템은 순환부호천이변조를 어떻게 사용하고 있는 시스템이야?",
"기존의 시퀀스와 달리 본 논문에서 제안한 시퀀스는 뭐야?",
"심볼간 간섭이 존재하는 경우에도 3진 시퀀스가 더 좋은 성능을 보였어?",
"랜덤 시퀀스보다 3진 시퀀스를 적용시키는 것이 모든 경우에서 뛰어난 성능을 보였어?",
"본 논문에서 기존의 시퀀스와 달리 제시한 시퀀스는 뭐야?"
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인공물ED
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이중 포트 메모리를 위한 고장 진단 알고리듬
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<h1>Ⅴ.성능 평가 비교 및 분석</h1> <p>이 장에서는 본 연구를 통해 제안한 진단 방법을 기존의 제안된 진단 방법들과 비교하기 위해서 진단 가능한 고장 모델, 진단 가능 범위, 진단 대상 메모리 등의 측면에서 진단 능력을 분석한다. 그리고 이를 바탕으로 기존의 진단 방법인 [12], [13]과의 성능 비교를 통해 본 논문에서 제안한 방법의 이중 포트 메모리에 대한 효율성을 확인한다.</p> <p>[12]의 방법은 메모리의 진단을 위한 별도의 패턴을 사용하지 않고 테스트 알고리듬의 수행 결과 분석을 통해 고장의 종류를 분석한다. 메모리 테스트 알고리듬에서 각각의 고장 모델이 존재할 경우에 따른 각각의 마치 요소에서의 고장 검출 여부에 대한 결과를 표를 통해 작성하고 이를 테스트 결과와 비교하여 메모리의 셀에서 고장이 존재할 경우 각 셀에서의 고장의 종류를 분석한다. 이러한 [12]는 고려하는 고장의 종류를 모두 구별하는 진단이 가능하지만 고려하는 고장이 고착 고장, 결합 고장일 경우에 국한된 결과일 뿐이고 다양한 고장들에 대한 실제적인 진단이 불가능하다는 문제점이 있다. 반면 제안된 방법은 고착 고장, 천이 고장, 결합 고장, 어드레스 디코더 고장, NPSF, inter port fault 등 이중 포트 메모리에서의 다양한 고장들에 대한 진단이 가능하다는 장점이 있다. 그리고 [12]의 경우 고려하는 고장의 종류를 구별하는 것은 가능하지만 고장과 관련된 셀을 찾는 진단 과정이 이루어지지 않으므로 고장의 위치를 명확하게 진단할 수 없다. 따라서 결합 고장이 존재할 경우 종류는 구별할 수 있지만 고장의 위치를 확인할 수 없다. 이에 반해 제안된 방법에서는 고장이 검출되는 셀 뿐 아니라 고장과 관련이 있는 모든 셀을 확인함으로서 고장의 종류 뿐 아니라 고장의 발생 위치까지도 명확하게 진단할 수 있다.</p> <p>그리고 [13]에서 제안된 방법은 제안된 초기 마치 스트를 수행하여 단일 셀 고장인지 다중 셀 고장인지를 구별하고 결합원셀을 찾기 위한 패턴을 사용한다. 따라서 피결합셀 외에 결합원셀을 찾아낼 수 있다. 하지만 이러한 방법의 경우에는 진단 과정의 수행을 위해 반드시 초기 마치 테스트를 수행하는 과정이 포함되어야 하며 모든 경우의 NPSF에 대한 진단이 불가능하다는 단점이 있다. 그리고 [12]와 [13]의 방법은 모두 이 중 포트 메모리에서의 고장 진단이 불가능하다는 단점이 있다.</p> <p>본 연구에서 제안된 방법에서는 이중 포트 메모리의 대부분의 고장 모델의 종류 분석이 가능하고 고장이 검출되는 셀 뿐만 아니라 다양한 고장의 종류 및 고장의 원인이 될 수 있는 셀과 같이 고장과 관련된 모든 셀의 확인을 통해 고장의 위치에 대한 진단이 가능하다. 또 일반적인 진단 과정 뿐 아니라 메모리 테스트 정보의 분석을 이용한 진단 패턴의 변형 및 진단 방법 을 확보하였다. 또한 [12]와 [13]과 같은 기존의 진단 방법들이 단일 포트 메모리에서의 고장에 대한 진단만을 다루었지만 본 연구에서는 이중 포트 메모리에서 발생할 수 있는 고장들에 근거하여 이중 포트 메모리에서의 효과적인 고장 진단을 가능하게 한다. 본 연구에서 제안한 메모리 진단 방법과 기존의 제안된 진단 방법들의 종합적인 성능 비교 평가 결과는 표 6 과 같다.</p> <p> <table border><caption>표 6. 다양한 진단 방법들의 비교</caption> <tbody><tr><td>방법들</td><td>[12]</td><td>[13]</td><td>제안된 방법</td></tr><tr><td>고장 모델</td><td>고착 고장, 천이 고장, 결합 고장</td><td>고착 고장, 천이 고장, 어드레스 디코더 고장, 결합 고장</td><td>고착 고장, 천이 고장, 어드레스 디코더 고장, 결합 고장, NPSF Inter-port fault</td></tr><tr><td>진단 범위</td><td>- 고장 관련 셀 불가능</td><td>- 고장 관련 셀 가능</td><td>고장 관련 셀 가능</td></tr><tr><td>제한 요소</td><td>- 고장 관련 셀에 대한 진단 불가능</td><td>- 초기 마치 테스트의 필요 - 모든 경우의 NPSF에 대한 진단은 불가능</td><td>고장 관련 모든 셀에 대한 진단으로 인한 소요 시간 증가\( \left(O\left(N^{2}\right)\right) \)</td></tr><tr><td>진단 대상 메모리</td><td>- 단일 포트 메모리</td><td>-단일 포트 메모리</td><td>-단일 포트 메모리 -이중 포트 메모리</td></tr></tbody></table></p>
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"본문의 표 6. 다양한 진단 방법들의 비교에서 [12] 방법의 진단 범위는 뭐야?",
"본문의 표 6. 다양한 진단 방법들의 비교에서 [13] 방법의 진단 범위는 뭐지?",
"본문의 표 6. 다양한 진단 방법들의 비교에서 [12] 방법의 제한 요소는 뭘까?",
"본문의 표 6. 다양한 진단 방법들의 비교에서 [13] 방법의 제한 요소는 뭐가 있지?",
"본문의 표 6에서 제안된 방법의 진단 대상 메모리는 뭐가 있을까?",
"본문의 표 6. 다양한 진단 방법들의 비교에서 [12] 방법의 진단 대상 메모리는 뭐가 있어?",
"본문의 표 6에서 제안된 방법의 제한 요소는 무엇으로 나타내?",
"본문의 표 6에서 제안된 방법의 진단 범위는 무엇으로 나타내지?",
"본문의 표 6에서 제안된 방법의 고장 모델은 무엇으로 나타낼까?",
"본문의 표 6. 다양한 진단 방법들의 비교에서 [13] 방법의 고장 모델은 무엇이지?",
"본문의 표 6. 다양한 진단 방법들의 비교에서 [13] 방법의 진단 대상 메모리는 뭐가 있는가?",
"본문의 표 6. 다양한 진단 방법들의 비교에서 [12] 방법의 고장 모델은 무엇인가?"
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인공물ED
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이중 포트 메모리를 위한 고장 진단 알고리듬
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<h3>(2) PTN-AF2 : 이중 포트 관련 어드레스 디코더 고장을 위한 패턴</h3> <p>이중 포트와 관련된 어드레스 디코더 고장인 AF2는 두 개의 어드레스 디코더에서 일어날 수 있는 단락이나 간섭에 의한 것으로 다양한 종류의 결함이 존재할 수 있지만 그 고장들 중 일부는 검출을 위해 두 개의 포트를 사용할 필요가 없고 하나의 포트만을 통해 일반적인 AF1에 대한 패턴들만으로 검출이 가능하다는 특징을 가진다. 따라서 이중 포트 관련 어드레스 고장인 AF2에서 AF1에 대한 패턴으로 검출 가능한 고장들을 제외하고 두 개의 포트를 모두 사용하여 검출하기 위해 특별한 패턴이 필요한 고장들은 다음 표 3과 같다.</p> <p> <table border><caption>표 3. AF2의 간략화된 형태</caption> <tbody><tr><td>Fault</td><td>Name</td></tr><tr><td>If \( A_{a}(x): A_{b}(\bar{y}) \) then \( C_{a}(x): C_{b}(y) \)</td><td>Fault E</td></tr><tr><td>If \( A_{a}(x): A_{b}(z) z \neq y \) then \( C_{a}(x) \) : \[ C_{b}(z): C_{b}(y) \]</td><td>Fault F</td></tr><tr><td>If \( A_{a}(x): A_{b}(y) \) then \( C_{a}(x): C_{b}(\phi) \)</td><td>Fault G</td></tr></tbody></table></p> <p>표3에서 나타낸 AF2의 표기는 다음과 같다.</p> <p> <ul> <li>Aa(x)- 포트 a를 통해서 어드레스로 행 x를 선택하는 것을 의미한다.</li> <li>Ca(x)- 포트 a를 통해 행 x의 셀에 접근한 것을 의미한다.</li> <li>\( \mathrm{Ab}(\overline{\mathrm{y}})- \) 포트 b를 통해 어드레스로 행 y가 선택 되지 않는 것을 의미하며 이 경우 y 외의 다른 행은 선택될 수 있다.</li> <li>Aa(x) : \( \mathrm{Ab}(\mathrm{y})-\mathrm{a} \) 포트를 통해서는 행 x를 선택하고 동시에 b포트를 통해서는 행 y를 선택하는 것을 의미한다.</li> <li>Ca(x): Cb(y) 포트를 통해서는 행 x의 셀에 접근하고 b 포트를 통해서는 행 y의 셀에 접근하는 것을 의미한다.</li> <li>\( \mathrm{Cb}(\phi)-\mathrm{b} \) 포트를 통해서 어떤 셀에도 접근이 되지 않는 경우를 의미한다.</li></ul></p> <p>표 3의 AF2들을 검출하기 위해서는 모든 어드레스들의 조합을 생성할 필요가 있다. 따라서 모든 어드레스 조합을 통해 고장을 유발하여서 모든 종류의 AF2를 검출하기 위한 패턴은 그림 3과 같다. 그림 3을 통해 행 디코더의 단락을 통해 발생할 수 있는 모든 종류의 고장들을 검출 가능하고 열 디코더의 경우도 그림 3과 유사하게 검출 가능하다.</p> <p>이중 포트 메모리에서의 어드레스 디코더 고장에 대한 진단 과정은 크게 AF1에 대한 과정과 AF2에 대한 과정으로 나뉘어지게 된다. 우선 AF1에 대한 진단 과정은 1.4에서 설명한 PTN-A를 하나의 포트를 활성화 하지 않은 채 다른 포트에 대해 단일 포트에 대한 패턴들을 가해 주는 방식으로 두 포트 모두에 대해 진단 과정을 수행하게 된다. 그리고AF2의 진단을 위해서는 그림 3의 패턴 PTN-AF2를 사용하는데 이 경우 두 포트 모두에 대해 동시 접근이 이루어지게 된다. 따라서 이와 같은 과정을 통해 이중 포트 메모리에서 모든 AF에 대한 진단이 가능하게 된다.</p>
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"본문의 표 3. AF2의 간략화된 형태에서 Fault가 If \\( A_{a}(x): A_{b}(\\bar{y}) \\) then \\( C_{a}(x): C_{b}(y) \\)일 때 Name은 뭐야?",
"본문의 표 3. AF2의 간략화된 형태에서 Fault가 If \\( A_{a}(x): A_{b}(z) z \\neq y \\) then \\( C_{a}(x) \\) : \\[ C_{b}(z): C_{b}(y) \\]일 때 Name은 어떻게 되지?",
"본문의 표 3. AF2의 간략화된 형태에서 Fault가 If \\( A_{a}(x): A_{b}(y) \\) then \\( C_{a}(x): C_{b}(\\phi) \\)일 때 Name은 뭘까?",
"표 3에서 Name이 Fault E인 경우에 Fault는 무엇인가?",
"Fault는 표 3에서 Name이 Fault E일 때 뭐야?",
"본문의 표 3에서 Name이 Fault F인 경우에 Fault는 무엇이지?",
"표 3에서 Name이 Fault G인 경우에 Fault 값은 무엇이지?"
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인공물ED
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이중 포트 메모리를 위한 고장 진단 알고리듬
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<h2>2. 이중 포트 관련 고장 진단 (PTN-2PF)</h2> <h3>(1) PTN-IP : Inter port fault를 위한 패턴</h3> <p>이중 포트 메모리의 서로 다른 포트들의 워드 라인들간의 단락인 inter port fault는 동일한 행내의 고장과 이웃한 행들간의 고장으로 나뉘어지게 되며 이 고장들은 and type 과 or type이 존재하게 된다. 진단 과정에서는 먼저 동일한 행내에서의 고장에 대한 진단 패턴을 인가하고 이를 통과할 경우에는 이웃한 행들간의 고장에 대한 패턴을 가하여서 inter port fault에 대해 고장의 종류와 위치를 진단하게 된다.</p> <p>우선 동일한 행 내에서 inter port fault의 진단을 위한 패턴은 다음 표 1 과 같다.</p> <p>표 1에서A와 B는 이중 포트 메모리에서의 서로 다른 포트를 의미하며, (i,j-1)이나 (i, j-2)는 메모리에서의 어드레스를 의미한다. 따라서 \( \mathrm{W}_{\mathrm{A}}(0)_{\mathrm{i}, \mathrm{j}-1} \)는 포트 A를 통해 어드레스 (i,j-1)인 셀에 0을 쓰는 동작의 수행을 의미하며 \( \mathrm{R}_{\mathrm{A}}(0)_{\mathrm{i}, \mathrm{j}-1} \)는 포트 A를 통해 어드레스 (i,j-1)인 셀로부터 0의 값을 읽는 동작을 수행하는 것을 의미한다. 동일한 행 내에서의 고장의 경우 OR type을 예로 들어 진단 패턴을 설명하면 다음과 같다.</p> <p> <table border><caption>표 1. 동일한 행에서의 inter port fault에 대한 진단 패턴</caption> <tbody><tr><td></td><td>동일한 행 내에서의 고장을 위한 패턴</td></tr><tr><td>OR type</td><td>\( \mathrm{W}_{\mathrm{A}}(0)_{\mathrm{i}, \mathrm{j}-1,}, \mathrm{~W}_{\mathrm{A}}(1)_{\mathrm{i}, \mathrm{j}-2,} \quad\left(\begin{array}{l}\mathrm{R}_{\mathrm{A}}(0)_{\mathrm{i}, \mathrm{j}-1} \\ \mathrm{R}_{\mathrm{B}}(\mathrm{x})_{\mathrm{i}, \mathrm{j}-2}\end{array}\right) \)</td></tr><tr><td>AND type</td><td>\( \mathrm{W}_{\mathrm{A}}(1)_{\mathrm{i}, \mathrm{j}-1 .}, \mathrm{W}_{\mathrm{A}}(0)_{\mathrm{i}, \mathrm{j}-2 .} \quad\left(\begin{array}{l}\mathrm{R}_{\mathrm{A}}(1)_{\mathrm{i}, \mathrm{j}-1} \\ \mathrm{R}_{\mathrm{B}}(\mathrm{x})_{\mathrm{i}, \mathrm{j}-2}\end{array}\right) \)</td></tr></tbody></table></p> <p>우선 A 포트를 통해 어드레스 (i, j-1)인 셀에 0을 쓰고 (i, j-2)인 셀에 1을 쓴 후 A 포트를 통해 셀 (i, j-1)의 값을 읽는 동작을 수행하고 동시에 포트 B를 통해서는 셀 (i, j-2)의 값을 읽는 동작을 수행한다. 고장이 존재하지 않을 때는 \( R_{A}(0)_{i, j-1} \)의 수행시 정상적으로 기대했던 0의 값을 읽게 된다. 하지만 만약 셀 (i, j-2)에 포트 A의 워드 라인과 포트 B의 워드 라인 사이에 단락 고장이 존재할 경우에는 B포트를 통해 어드레스 (i, j-2)의 값을 읽는 \( \mathrm{R}_{\mathrm{B}}(\mathrm{x})_{\mathrm{i}, \mathrm{j}-2} \) 동작을 수행할 때 단락 고장 때문에 B포트의 워드 라인 뿐만 아니라 A포트의 워드 라인까지 선택되게 된다. 따라서 \( \mathrm{R}_{\mathrm{B}}(\mathrm{x})_{\mathrm{ij} j-2} \)와 동시에 수행하는 \( \mathrm{R}_{\mathrm{A}}(0)_{\mathrm{ij}-1} \) 동작을 수행할 때 고장이 존재 하지 않을 경우 정상적으로 0의 값을 읽게 되지만 고장이 존재하는 경우는 A 포트 (i, j-1)의 워드 라인 뿐 아니라 (i, j-2)에 해당하는 워드 라인도 선택되므로 \( \mathrm{R}_{\mathrm{A}}(0)_{\mathrm{ij}-1} \)의 수행 결과가 0이 아닌 1이 되게 된다. 따라서 어드레스 (i, j-2)에 해당하는 행 내에서 OR type 의 inter port fault는 진단이 이루어지게 된다. AND type 고장의 경우도 이와 유사하게 표 1과 같은 패턴으로 진단 과정이 수행될 수 있다.</p> <p>이러한 동일한 행 내에서의 고장의 경우와 달리 이웃한 행들간의 고장의 경우는 고장과 관련된 위치가 하나의 셀이나 행과 관련된 것이 아니고 두 개의 이웃한 행과 관련이 있으므로 이를 위한 별도의 진단 패턴이 필요하게 된다. 이웃한 두 행들간의 고장에 대한 진단을 위한 패턴은 다음 표 2와 같다.</p> <p> <table border><caption>표 2. 이웃한 행에서의 inter port fault에 대한 진단 패턴</caption> <tbody><tr><td></td><td>이웃한 행 내에서의 고장을 위한 패턴</td></tr><tr><td>OR type</td><td>\( W_{A}(0)_{i, j}, W_{A}(1)_{i, j-1}, W_{A}(1)_{i, j-2}, \quad\left(\begin{array}{c}R_{A}(0)_{i, j} \\ R_{B}(x)_{i, j-2}\end{array}\right) \)</td></tr><tr><td>AND type</td><td>\( W_{A}(1)_{i, j}, W_{A}(0)_{i, j-1}, W_{A}(0)_{i, j-2} .\left(\begin{array}{c}R_{A}(1)_{i, j} \\ R_{B}(x)_{i, j-2}\end{array}\right) \)</td></tr></tbody></table></p> <p>표 2에서 알 수 있듯이 이웃한 행에서의 inter port fault에 대한 진단 패턴은 동일한 행 내에서의 고장에 대한 패턴과는 차이가 있다. OR type을 예로 들어 설명하면 다음과 같다. 우선 A 포트를 통해 셀 (i, j)에 0을 쓰고 셀 (i, j-1)에 1을 쓴다. 그리고 셀 (i, j-2)에도 포트 A를 통해 1을 쓰는 동작을 수행한다. 그리고 A 포트를 통해 셀 i에서 0을 읽는 \( \mathrm{R}_{\mathrm{A}}(0)_{\mathrm{ij}} \) 동작과 B 포트 를 통해 (i, j-2)셀을 읽는 \( \mathrm{R}_{\mathrm{B}}(\mathrm{x})_{\mathrm{i}, \mathrm{j}-2} \) 동작을 동시에 수행하게 된다. 고장이 존재하지 않는 경우에는 A 포트를 통한 읽기 동작에서 정상적으로 기대했던 0의 값을 읽게 된다. 그러나 만약 셀 (i, j-1)과 셀 (i, j-2)의 행들 사이에 단락이 존재한다면 \( \mathrm{R}_{\mathrm{B}}(\mathrm{x})_{\mathrm{ij},-2} \) 동작을 수행할 때 B 포트의 셀 (i, j-2)의 행의 워드라인이 선택될 때 j-1과 j-2 사이에 존재하는 단락 때문에 A 포트 j-1의 워드 라인도 선택되게 된다. 따라서 \( \mathrm{R}_{\mathrm{A}}(0)_{\mathrm{i} j} \) 동작을 \( \mathrm{R}_{\mathrm{B}}(\mathrm{x})_{\mathrm{ij},-2} \) 동작과 동시에 수행할 때 고장이 존재하지 않는 경우는 정상적으로 0의 값을 읽게 되지만 고장이 존재하는 경우에는 j-1에 해당하는 A 포트의 워드 라인도 선택되게 되므로 A 포트를 통해 0의 값을 읽는 동작을 실패하고 1의 값을 읽게 되어 서로 다른 행들 간의 inter port fault에 대한 진단이 이루어지게 된다. AND type 고장의 경우도 이와 유사하게 수행될 수 있다. 동일한 행에서와 서로 다른 행에서의 inter port fault에 대한 각각의 진단 패턴의 수행의 예는 그림 2와 같다.</p>
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"본문의 표 2. 이웃한 행에서의 inter port fault에 대한 진단 패턴에서 AND type의 이웃한 행 내에서의 고장을 위한 패턴은 뭘까?",
"본문의 표 1. 동일한 행에서의 inter port fault에 대한 진단 패턴에서 AND type의 동일한 행 내에서의 고장을 위한 패턴은 무엇인가?",
"본문의 표 1. 동일한 행에서의 inter port fault에 대한 진단 패턴에서 OR type의 동일한 행 내에서의 고장을 위한 패턴은 뭐야?",
"본문의 표 2. 이웃한 행에서의 inter port fault에 대한 진단 패턴에서 OR type의 이웃한 행 내에서의 고장을 위한 패턴은 뭐야?"
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인공물ED
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자율이동로봇의 효율적인 충돌회피를 위한 오도메트리 정보와 거리센서 데이터 융합기법
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<h1>4. 모의실험결과</h1> <h2>4.1 작업공간에 1개의 장애물이 있는 경우</h2> <p>경우 1에서는 작업영역에 1대의 로봇과 1개의 장애물 객체만이 존재한다. 가상센서의 성능을 분석하기 위해 로봇은 시작지점에서 목표지점까지 2번의 주행을 수행하게 되며, 한 번은 아무 가공도 되지 않은 실제 센서 값을 가지고 회피를 수행하고, 다른 한번은 로봇의 움직임이 고려된 가상센서 값을 가지고 회피를 수행한다. 표1 은 경우 1에서 로봇의 출발점과 목표점을 보여주며, 표2 는 경우 1,2,3에서 사용된 파라미터들을 보여준다.</p> <p> <table border><caption>표1 경우 1에서 로봇의 출발점과 도착점</caption> <tbody><tr><td></td><td>출발점</td><td>도착점</td></tr><tr><td>로봇</td><td>(0, 0)</td><td>(4, 2)</td></tr></tbody></table></p> <p> <table border><caption>표 2 경우 1,2,3에서 로봇에 사용된 파라미터 값</caption> <tbody><tr><td></td><td>\( \mathbf{a} \)</td><td>\( \beta \)</td><td>\( \Gamma \)</td><td>\( \eta \)</td><td>\( \varepsilon \)</td><td>\( \xi \)</td></tr><tr><td>가상센서</td><td>20</td><td>20</td><td>2</td><td>1</td><td>1</td><td>0.005</td></tr><tr><td>실제센서</td><td colspan=3>Don't Care</td><td>1</td><td>1</td><td>0.005</td></tr></tbody></table></p> <p>경우 1에서 로봇의 이동경로는 그림 4의 형태로 나타났으며, 실제 센서 값을 사용한 경우와 가상 센서 값을 사용한 경우의 경로상에 나타나는 가장 큰 차이점은 a 지점에서 확인할 수 있다. a 지점에서 실제센서를 사용한 경우의 로봇은 가상센서를 사용한 경우의 로봇보다 더 늦게 회피동작을 수행하여 급격하게 로봇의 진행각도가 변화된 것을 확인 할 수 있으며, 그 결과로 가상센서의 경우는 더 완만하게 로봇의 궤적이 생성된 것을 확인 할 수 있다. 표 3에서는 경우 1에서의 로봇의 충돌회피 여유도를 보여준다.</p> <p> <table border><caption>표 3 경우 1에서 로봇의 충돌회피 여유도</caption> <tbody><tr><td></td><td>충돌회피여유도</td></tr><tr><td>실제센서</td><td>\( 0.820 \mathrm{~m} \)</td></tr><tr><td>가상센서</td><td>\( 0.864 \mathrm{~m} \)</td></tr></tbody></table></p> <h2>4.2 작업공간에 2개의 장애물이 있는 경우</h2> <p>경우 2에서는 작업영역에 1대의 로봇과 2개의 장애물 객체가 존재한다. 표 4는 경우 2,3에서 로봇의 출발점과 목표점을 보여주며, 로봇에 사용된 파라미터들은 경우 1과 같은 값들이 사용되었다.</p> <p> <table border><caption>표 4 경우 2,3에서 로봇의 출발점과 도착점</caption> <tbody><tr><td></td><td>출발점</td><td>도착점</td></tr><tr><td>로봇</td><td>(0, 0)</td><td>(4, 3)</td></tr></tbody></table></p> <p>경우 2에서의 로봇의 이동궤적은 그림 5와 같으며 경우 1에서와 마찬가지로 a지점에서 실제센서의 경우의 궤적은 더 급격한 변화를 보이며 c와 d지점에서 목표지점으로의 로봇의 진행방향과 척력이 늦게 발생함으로 인해 실제센서의 경우에는 궤적의 급격한 변화와 궤적의 흔들림이 보임을 알 수 있다. 이에 반해, 가상센서를 사용한 경우는 회피 동작을 일찍 수행함으로 인해 로봇의 진행궤적이 상대적으로 원만한 곡선을 그리고 있음을 확인할 수 있다. 표 5에서는 경우 2에서의 충돌회피 여유도를 보여준다.</p> <p> <table border><caption>표 5 경우 2에서 로봇의 충돌회피 여유도</caption> <tbody><tr><td></td><td>충돌회피여유도</td></tr><tr><td>실제센서</td><td>\( 0.775 \mathrm{~m} \)</td></tr><tr><td>가상센서</td><td>\( 0.760 \mathrm{~m} \)</td></tr></tbody></table></p> <h2>4.3 작업공간에 3개의 장애물이 있는 경우</h2> <p>경우 3에서는 작업영역에 1대의 로봇과 3개의 장애물 객체가 존재하게 되며, 로봇의 출발점과 목표점, 그리고 파라미터들은 경우 2와 동일한 값들이 사용되었다. 그림 6은 경우 3에서의 로봇의 이동궤적을 보여주며, a영역에서 가상센서의 경우가 더 빨리 회피동작을 수행하여 실제 센서를 사용한 경우보다 b영역에서의 흔들림이 덜 발생하였다. 실제 센서의 경우 c 영역에서 회피동작을 더 늦게 수행하는 이유로 더 급격한 궤적의 변화를 보여줌을 알 수 있다. 그림 7에서는 경우 3에서 로봇의 궤적형태의 비교를 위해 가상센서의 경우와 실제센서의 경우의 궤적을 각각 보여주며, 표 6에서 충돌희 피여유도를 보여준다.</p> <p> <table border><caption>표6 경우 3에서 로봇의 충돌회피 여유도</caption> <tbody><tr><td></td><td>충돌회피여유도</td></tr><tr><td>실제센서</td><td>\( 0.711 \mathrm{~m} \)</td></tr><tr><td>가상센서</td><td>\( 0.706 \mathrm{~m} \)</td></tr></tbody></table></p>
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"표 2에서 가상센서의 \\( \\Gamma \\)의 결과 값은 얼마 입니까?",
"표 2에서 \\( \\mathbf{a} \\)의 값이 20일 때 무슨 센서 입니까?",
"표 1을 보면 (0, 0)의 수치는 어떤 값이야?",
"표2를 보면 실제센서의 \\( \\eta \\)의 결과는 무엇을 나타냅니까?",
"표 3에서 실제 센서의 출동회피여유도는 얼마입니까?",
"표 3에서 출동회피여유도가 가장 큰 값은 어떤 센서 입니까?",
"표4에서 로봇의 도착점은 무엇입니까?",
"표3을 보면 가상센서의 \\( 0.864 \\mathrm{~m} \\)의 결과는 무엇을 나타낸 값입니까?",
"표 4에서 로봇의 출발점은 어떻게 되니?",
"표 3에서 가상 센서의 출동회피여유도는 무슨 값을 가집니까?",
"표 3에서 출동회피여유도의 결과가 작은 것은 무슨 센서 입니까?",
"표5에서 실제센서의 충돌회비여유도는 얼마입니까?",
"표 1에서 (4, 2)의 결과는 무엇을 측정 한 거야?",
"(4, 2)의 결과는 표1에서 무엇을 계측한 거지",
"표2를 보면 Don't Care의 결과 값이 있는 센서는 무엇입니까?",
"표 1에서 로봇의 출발점은 무엇입니까?",
"로봇의 출발점은 표1에 따르면 뭐지",
"표1에서 로봇의 도착점은 어떤거야?",
"로봇의 도착점은 표1에 따르면 무엇이지",
"표 6에서 실제센서의 충돌회피여유도는 얼마 입니까?",
"표 2에서 가상센서와 실제센서의 \\( \\xi \\)은 어떤결과 입니까?",
"표6에서 가상센서의 값이 \\( 0.706 \\mathrm{~m} \\)는 무엇을 나타내는 결과 입니까?",
"표6에서 가상센서의 충돌회피여유도는 무엇입니까?",
"표 6에서 충돌회피여유도의 결과 값이 더 큰 것은 어느 센서입니까?",
"표4를 보면 결과 값이 (0, 0)일 때 로봇의 어떤항목을 나타냅니까?",
"표5에서 가상센서의 충돌회피여유도는 무엇입니까?",
"표5를 보면 충돌회피여유도가 큰 값은 어떤 센서야?",
"표4에서 (4, 3)의 결과는 로봇의 출발점과 도착점 중 무엇을 나타냅니까?",
"표5에서 가상센서의 \\( 0.760 \\mathrm{~m} \\)의 값은 어떤 항목의 결과 입니까?",
"표5를 보면 충돌회피여유도가 무슨 센서가 결과값이 더 작아?",
"표6에서 충돌회피여유도의 결과값이 작은 것의 센서는 뭐야?"
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인공물ED
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치수적 결함에 따른 PMSM의 법선방향 힘의 변화에 관한 연구
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<p>표 2에서는 각 치수의 변화 범위를 보여준다. 슬롯 오픈닝과 공극은 목표치의 \( 90 \% \)에서 \( 110 \% \)까지 변화를 주며 그에 따라 법선방향 힘의 분포를 관찰한다. 베어링의 유동은 ABEC 표준에 준해 그 최대값을 \( 0.008 \mathrm{mm} \)로 정하고 그 값을 \( 0.005 \mathrm{mm} \)까지 낮춰가면서 살펴본다. 회전자 편심과 타원형 고정자 내경은 없는 것이 목표이며, 그 변화폭은 공극의 목표치를 기준으로 회전자 편심의 경우 \( 10 \% \)에서 \( 50 \% \)까지 변화시키고 타원형 고정자 내경은 \(2\%\)에서 \( 10 \% \)까지 범위에서 PMSM의 법선방향 힘과의 상관관계를 살펴본다.</p><table border><caption>표 2 각 치수의 변화 범위</caption><tbody><tr><td>\</td><td>목표치, \(\mathrm{mm}\)</td><td>치수의 변화 범위</td></tr><tr><td>슬롯 오픈닝</td><td>2.100</td><td>목표치 대비 \(90\%(1.890) \sim 110\%(2.310)\)</td></tr><tr><td>공극</td><td>0.500</td><td>목표치 대비 \(90\%(0.450) \sim 110\%(0.550)\)</td></tr><tr><td>베어링 유동</td><td>0.000</td><td>\(0.005 \sim 0.008\) (ABEC 기준)</td></tr><tr><td>회전자 편심</td><td>0.000</td><td>공극 목표 대비 \(10\%(0.05) \sim 50\%(0.25)\)</td></tr><tr><td>타원형 타발</td><td>0.000</td><td>공극 목표치 대비 \(2\%(0.01) \sim 10\%(0.05)\)</td></tr></tbody></table><p>표 3과 4에서는 슬롯 오픈닝과 공극의 변화에 따른 법선 방향 힘의 시뮬레이션 결과를 제공하며, 이 두 가지 치수적 결함의 경우는 법선방향 힘이 대칭 분포를 가지므로 그림 1에서 제시된 4곳의 벡터 크기가 모두 같다. 따라서 원주의 \( 18^{\circ} \) 위치에서 나타나는 최대값을 표에서 비교한다. 슬롯 오픈닝의 경우 그 값이 커질수록 법선방향 힘의 벡터값이 커지는 경향이지만, 공극의 경우는 그 값이 작을수록 힘의 크기가 커짐을 알 수 있다. 그리고 힘 벡터의 최대값은 각각의 목표치 대비 슬롯 오픈닝 \( 2.310 \mathrm{mm} \)에서 \( 2.6 \% \), 공극 \( 0.450 \mathrm{mm} \)에서 \( 7.3 \% \) 변화하였다.</p><table border><caption>표 3 슬롯 오픈닝의 치수에 의한 법선방향 힘의 변화 (대칭형 법선방향 힘)</caption><tbody><tr><td>단위</td><td colspan=5>슬롯 오픈닝에 따른 법선방향 힘 밀도</td></tr><tr><td>오픈닝, \(\mathrm{mm}\)</td><td>1.890</td><td>1.995</td><td>2.100</td><td>2.205</td><td>2.310</td></tr><tr><td>힘, \(\mathrm{kN}/\mathrm{m3}\) \( \left(18^{\circ}\right) \)</td><td>515.1</td><td>529.8</td><td>542.6</td><td>552.1</td><td>556.8</td></tr><tr><td>\(\%\)</td><td>94.9</td><td>97.7</td><td>100.0</td><td>101.8</td><td>102.6</td></tr></tbody></table><table border><caption>표 4 공극의 치수에 의한 법선방향 힘의 변화 (대칭형 법선방향 힘)</caption><tbody><tr><td>단위</td><td colspan=5>공극 변화에 따른 법선방향 힘 밀도</td></tr><tr><td>공극, \(\mathrm{mm}\)</td><td>0.450</td><td>0.475</td><td>0.500</td><td>0.525</td><td>0.550</td></tr><tr><td>힘, \(\mathrm{kN}/\mathrm{m3}\) \( \left(18^{\circ}\right) \)</td><td>582.0</td><td>561.8</td><td>542.6</td><td>525.7</td><td>507.5</td></tr><tr><td>%</td><td>107.3</td><td>103.5</td><td>100.0</td><td>96.9</td><td>93.5</td></tr></tbody></table><p>비대칭 법선방향 힘의 분포를 갖는 치수적 결함인 베어링 유동, 회전자 편심, 타원형 고정자 내경에 대한 시뮬레이션 결과는 표 5, 6, 7에서 제공된다. 이 경우는 법선방향 힘이 비대칭 분포를 가지므로 그림 1에서 제시된 4곳의 벡터 크기가 다르다. 따라서 법선방향 힘의 값에서 가장 큰 차이를 보이는 원주의 \( 18^{\circ} \)과 \( 198^{\circ} \) 위치에서의 두 값을 표에서 나타내고 그 두 벡터값의 차이도 표에서 비교된다.</p><p>베어링 유동의 경우 그 값이 커질수록 법선방향 힘의 비대칭 정도가 커지며 \( 0.008 \mathrm{mm} \)의 베어링 유동이 발생할 경우 치수적 결함이 전혀 없는 대칭의 법선방향 힘의 최대값 \( (542.6 \mathrm{kN} / \mathrm{m} 3) \)에 비교했을 때 \( 0.4 \% \) 수준의 비대칭으로 표현된다. 이러한 비대칭 수준이 \( 0.25 \mathrm{mm} \)의 회전자 편심과 \( 0.05 \mathrm{mm} \)의 타원형 타발에서는 각각 \( 13.0 \% \)와 \( 4.6 \% \) 만큼 비대칭이 생기므로 이런 결과는 소음과 진동을 증가시키는 원인이 된다. 따라서 비대칭 법선방향 힘을 일으키는 3 가지 치수 중에서 회전자 편심과 타원형 타발이 비대칭 법선방향 힘을 유발하는 주요 인자라는 것이 확인되었다. 따라서 실제 생산시에 주의해서 관리해야 할 치수적 결함은 회전자 편심과 타원형 공극이다.</p>
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"표 2 각 치수의 변화 범위에서 치수의 변화 범위가 \\(0.005 \\sim 0.008\\)인 것은 무엇인가?",
"공극을 살펴볼 때 제일 작은 수는 얼마인가?",
"제일 높은 퍼센트의 값은 얼마인가?",
"제을 높은 퍼센트의 값은 얼마인가요?",
"표 2 각 치수의 변화 범위에서 슬롯 오픈닝의 목표치는 얼마인가?",
"슬롯 오픈닝의 목표치는 얼마의 경향을 각 치수가 변화하게 되었어?",
"표 3 슬롯 오픈닝의 치수에 의한 법선방향 힘의 변화에서 오프닝이 1.890일 때, 퍼센트는 얼마로 나오는가?",
"공극의 치수의 변화 범위는 무엇인가?",
"베어링 유동은 무엇을 기준으로 치수의 변화 범위가 \\(0.005 \\sim 0.008\\)인가?",
"슬롯 오픈닝에 따른 법선방향 힘 밀도가 1.995일 때 힘이 얼마여야 97.7퍼센트가 나오는가?",
"얼마여야 슬롯 오픈닝에 따른 법선방향 힘 밀도가 1퍼센트의 경우 이행을 받았지?",
"슬롯 오픈닝에 따른 법선방향 힘 밀도에서 오픈닝이 몇일 때 100퍼센트가 나오는가?",
"제일 적은 퍼센트의 수는 얼마인가?",
"힘, \\(\\mathrm{kN}/\\mathrm{m3}\\) \\( \\left(18^{\\circ}\\right) \\)이 582.0일 때의 퍼센트는 몇인가?",
"공극이 0.525이고 힘, \\(\\mathrm{kN}/\\mathrm{m3}\\) \\( \\left(18^{\\circ}\\right) \\)이 525.7일 때의 퍼센트는 무엇인가?",
"공극에서 가장 큰 수는 얼마인가?",
"공극 수가 두 번째로 작은 것의 힘은 얼마인가?",
"목표치가 0.500인 것은 무엇인가?",
"목표치가 가장 높은 것의 치수의 변화 범위는 얼마인가?"
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인공물ED
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DBS 수신용 빔 틸트형 슬롯 어레이 도파관 안테나의 특성
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<h1>Ⅱ. 16소자 어레이의 설계</h1> <ol type=1 start=1><li>크로스 슬롯 안테나의 구조</li> <p>그림 1은 하나의 도파관 광벽면 위에 크로스 슬롯을 어레이 한 3차원 구조 도파관 안테나를 보이고 있다. 원편파 특성을 얻기 위해 도파관에 크로스 슬롯 소자를 사용하였고, Taylor와 Chebyshev의 지향특성 계산법을 이용하여 어레이 설계를 행하였다. 어레이 설계에 있어서, 복사전력을 균일하게 하고 반사를 최소로 하기 위하여 각 소자의 길이를 변화시켰으며, 크로스된 소자사이의 각도를 조정함으로써 각 소자가 \( 3 \mathrm{dB} \) 이하의 축비를 가지도록 설계하였다. 또한 빔 틸트의 효과를 얻기 위해 소자간의 큰 위상차가 필요하기 때문에 본 논문에서는 거리를 조정하여 위상차의 효과를 얻는 누설파 기법을 사용하였다. 어레이 설계를 하는 동안, 슬롯 소자의 폭은 \( 1.5 \mathrm{~mm} \) 로 일정하게 하였으며, 도파관 중심으로부터 슬롯의 중심까지의 offset도 \( 2.8 \mathrm{~mm} \)로 고정하였다. offset의 위치는 소자가 최소의 축비를 가지는 곳으로 했다. 문헌을 참고하여 하나의 도파관 광벽면 위에 위치하는 크로스 슬롯의 수를 16소자로 하여 설계를 행하였다. 소자의 수가 증가할수록 높은 이득을 얻을 수는 있으나, 앙각의 반치폭이 좁아지게 된다. 본 논문에서는 DBS 수신에 안테나를 적용하는 것을 목적으로 하므로 \( 25 \mathrm{dBi} \) 이상의 이득과 \( 13^{\circ} \) 정도의 반치폭을 가지도록 소자의 수를 16소자로 선정하였다. 설계 주파수는 \( 11.85 \mathrm{GHz} \)로 하여 소자들의 사이각 \( (\theta) \)과 길이 \( (\mathrm{L}) \) 그리고 소자사이의 간격 \( (\mathrm{d}) \)를 구하였다.</p> <li>슬롯의 사이각 설계</li> <p>그림 2는 각 슬롯이 \( 1 \mathrm{~dB} \) 이하의 축비를 가질 때의 크로스 슬롯 사이각의 변화를 보여주고 있다. 슬롯 소자의 번호가 클수록 각의 변화가 크며, 이는 그림 1에서 보듯이 입사파에 대해 슬롯의 번호가 클수록 슬롯의 크기를 크게 하여 반사를 줄이고, 전계의 균일한 개구분포를 가지도록 설계한 것에 의존한다. 각 크로스 슬롯이 최소 축비를 가지도록 설계할 때에 크로스 슬롯 사이의 각도 \( \theta \)도 그림 2 와 같이 변화하며, 이 중에서 축비 \( 1 \mathrm{~dB} \) 이하이면서 각도의 변화가 앞의 크로스 슬롯 각에 가장 가까운 각도를 선택한다. 실제 제작에서는 \( \pm 0.5^{\circ} \) 정도의 차이를 두면서 만든다는 것이 어렵고, 복잡하므로 전체 소자의 축비가 \( 1.3 \mathrm{~dB} \) 정도로 다소 나빠지는 손실을 감수하면서 16소자의 평균값인 \( 57.5^{\circ} \)로 하여 제작하였다.</p> <li>슬롯의 길이와 슬롯사이의 간격</li> <p>그림 3은 16소자 각각에 대한 슬롯의 길이와 슬롯사이의 간격을 계산한 것이다. 그림 3으로부터 알 수 있는 것처럼, 슬롯의 길이는 슬롯의 번호가 큰, 즉 종단부로 갈수록 커지고 있음을 알 수 있다. 이는 전파를 안테나 전체에 대해 균일하게 복사하기 위한 기법이다. 단락된 종단부로부터의 반사를 줄이기 위해 슬롯의 길이를 조정하여 전계의 균일분포를 실현하고 있다. 또한 설계에 있어서 크로스를 이루는 두 개의 직선 슬롯의 길이는 각각 공진주파수와 축비 그리고 반사계수에 영향을 주기 때문에, 두 개의 직선 슬롯의 길이는 아주 미세한 차이를 가지지만 본 논문에서는 제작을 용이하게 하기 위하여, 크로스를 이루는 두 개의 직선 슬롯의 길이를 같게 하여 설계하였다. 예를 들면, 설계로부터 얻은 1 번 크로스 슬롯의 최소 축비와 최저 반사계수를 가지는 두 직선 슬롯의 길이는 각각 \( 9.876 \mathrm{~mm} \)와 \( 10.124 \mathrm{~mm} \)이나, 제작을 용이하게 하기 위해 제작에 있어서는 두 직선 슬롯의 평균치인 \( 10.00 \mathrm{~mm} \)를 사용하였다. 그 결과 \( 10.00 \mathrm{~mm} \) 슬롯의 축비는 \( 9.876 \mathrm{~mm} \)와 \( 10.124 \mathrm{~mm} \)인 슬롯보다 다소 나빠지지만 \( 1 \mathrm{~dB} \) 이내를 유지하도록 하였다. 또한 전파의 주빔을 정면방향에서 약 \( 47^{\circ} \) 정도 틸트시키기 위해 소자사이의 간격을 조정하였다. 그림 3에서 보는 것처럼 설계에 있어서 슬롯의 간격은 부등 간격이며, 슬롯길이의 변화와 유사한 특성을 보이고 있다. 어레이 설계에는 Taylor 지향성과 Chebyshev지향성을 사용하여 부엽준위를 설정하였다. 소자사이의 간격은 빔 틸트에 큰 영향을 주며, 이들 간격의 미세한 조정으로 빔의 방향이 틀려질 수 있으므로 제작시에는 특히 주의를 하여야만 한다.</p> <li>지향성 패턴 설계</li> <p>도파관 어레이 안테나의 빔 틸트 특성을 알아보기 위하여, Taylor지향 특성과 Chebyshev지향 특성을 조합하여 어레이 지향성 설계를 행하였다. 표 1은 지향성 패턴 설계에 사용된 파라미터들을 나타낸다. 표 1로부터 알 수 있는 것처럼, 소자 사이의 간격은 지향각이 \( 47^{\circ} \)가 되도록 그림 3의 설계치를 이용하여 부등 간격으로 하였고 주 빔을 포함한 5번째 Null 점까지는 Chebyshev지향성을 사용하였고, 6번째 Null 점부터는 Taylor지향성을 적용하였으며, Null 교점은 5로 하였다.</p> <table border><caption>표 1. 16소자에 대한 지향성 설계 파라미터</caption> <tbody><tr><td>소자 수</td><td>16개</td></tr><tr><td>소자 간격</td><td>부등 간격</td></tr><tr><td>지향 각도</td><td>47도</td></tr><tr><td>지향 특성</td><td>Taylor + Chebyshev</td></tr><tr><td>Null 교점</td><td>5</td></tr><tr><td>부엽 준위</td><td>\(-30\mathrm{~dB} \)</td></tr><tr><td>주파수</td><td>\( 11.85 \mathrm{GHz} \)</td></tr></tbody></table> <p>표 1 의 설계파라미터를 이용하여 계산한 지향이득 패턴과 슬롯 각 소자의 진폭여진계수를 각각 그림 4의 (a)와 (b)에 나타낸다. 어레이 지향성 설계는 \( 11.85\ \mathrm{GHz} \) 에 대하여 행하였으며, 두 그림으로부터 알 수 있는 것처럼 지향이득은 지향각 \( 47^{\circ} \) 에서 최대치인 \( 10.85 \ \mathrm{dBi}, 3 \mathrm{~dB} \) 빔 폭은 \( 40^{\circ} \sim 54^{\circ} \) 로 약 \( 14^{\circ} \) 정도의 넓은 각을 가짐을 알 수 있었다. 또한 부엽의 레벨도 \( -30 \mathrm{dB} \) 로 매우 양호한 특성을 보이고 있다.</p></ol>
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"도파관에 크로스 슬롯 소자를 사용하여 어떻게 어레이를 설계하여 원편파 특성을 얻을 수 있는가?",
"복사전력을 균일하게 하고 반사를 최소로 하기 위하여 어떻게 어레이를 설계해야 하는가?",
"소자간의 큰 위상차 효과를 얻기 위해서 본 논문에서 어떻게 하였는가?",
"지향성 패턴 설계에 몇 개의 소자를 사용하였는가?",
"지향성 패턴 설계에 사용된 파라미터 중 부등 간격은 어떤 파라미터를 의미하는 것인가?",
"Chebyshev지향성과 Taylor지향성을 적용하는 기준이 되는 점으로 지향성 설계 파라미터 중 하나인 것은 무엇인가?",
"지향성 패턴 설계 시 지향 각도는 얼마로 하였는가?"
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인공물ED
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의료영상진단기기의 기술동향
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<h1>1. 서 론</h1><p>의료 산업은 최근 몇 년간 새로운 정책, 4차 산업 혁명 기술 혁신 등 다양한 변화의 바람이 있었다. 우리나라를 포함한 여러 국가에서 평균 출산율이 저하되고 평균수명이 증가함에 따라 고형화 사회로 접어들면서 가장 큰 관심사는 바로 건강한 생활과 질 높은 삶을 누리는 것인데, 전 세계적으로 고령 인구의 급가속화와 건강에 대한 관심 증대 등에 따라 의료기기에 대한 수요가 크게 증가하고 있으며 더불어 의료기기 시장도 지속적으로 성장세를 보이고 있다.</p><p>특히, 의료영상진단기기 분야에서 엑스선 영상을 기반으로 하는 의료용 엑스선 영상기기에는 크게 일반적인 정지 영상용 엑스선 촬영 장치인 DR (Digital Radiography)이라고 불리는 디지털엑스선찰영장치, 중재적 시술시 주로 사용되는 동영상용 엑스선 촬영 장치인 C-arm이라 불리는 이동형 엑스선투시촬영장치, 유방암 진단에 사용되는 mammography라 불리는 유방 촬영용 엑스선 장치, 치과 및 구강 촬영에 사용되는 치과용 엑스선 CT라 불리는 디지털 치과 진단용 구강내 엑스선 촬영장치, 암 질환 등의 정밀 진단을 위해 사용되는 CT(Computed Tomography)라 불리는 전산화단층엑스선촬영장치, 혈관조영 및 카테터 시술에 사용되는 Angiography라 불리는 혈관조영엑스선장치 등이 있다.</p><p>의료영상진단기기 시장은 환자 중심의 방사선과 가치기반 진단 영상 의학으로 나아가는 새로운 트렌드를 지속적으로 향하고 있다.</p><p>본 기고에서는 전체 영상진단의료기기 시장의 \( 74.5 \% \)를 차지하고 있는 GE, Siemens, Philips, Toshiba의 경우, 엑스선 촬영 장치를 비롯하여, CT, MRI, 초음파등 4대 영상진단기기에 모두 강점을 보유하고 있으며, 그 외 영상진단에 필요한 모든 제품 라인업을 보유하고 있다. 최근의 의료영상진단기기의 반전에 영향을 미치는 주요 트렌드로는 '기술 융복합화 및 소형화', '사용자 관점의 의료기기 사용 편의성 증대 요구', '마켓 타겍(지역, 질환별 등)에 따른 제품의 다양화 추세' 등에 따른 제품화 추세와 이미 독과점된 의료기기 시장에서 메이저 기업들의 시장점유율을 가져오는 것 보다는 틈새시장(niche market) 진출을 위한 제품과 기술동향에 대해서 소개하고자 한다.</p><h1>2. 의료영상진단기기의 산업 현황</h1><h2>2.1. 세계시장 동향 및 전망</h2><p>EvaluateMedTech 2016에 따르면 글로벌 의료기기 시장 규모는 2015년 3,710억 달러에서 연평균 \( 5.2 \% \) 성장하여 2022년에는 5,298 억 달러에 도달할 전망이다. 글로벌 의료기기 산업은 이미 성숙기에 도달한 산업으로 지난 6년간 연평균 \( 3.1 \% \) 성장해왔다. 향후 의료기기 시장 중장기 성장의 주요 요인은 1) 글로벌 인구 고령화, 2) 주요 국가들의 질병 예방 및 진단 정책 강화, 3) 중국 등 신흥국의 인당 평균 소득수준 증가에 따른 헬스케어의 소비 증가로 요약된다. 국가별로 보았을 때, 미국과 일본의 시장 점유율이 \( 50 \% \)에 달하며, 그 뒤를 독일, 중국이 잇고 있다.</p><p>의료기기 제품군별 세계 시장 현황(BMI Espicom, 2017)을 살펴보면, 의료영상진단기기는 2017년 858억 달러로 전 세계 의료기기 시장 중에서 \( 24.1 \% \) 로 높은 시장 점유율을 가지고 있으며, 전형적인 고부가가치를 창출하는 의료 기기 분야이며, 연평균 약 \( 2.7 \% \) 성장률을 보이고 있다.</p><p>의료영상진단기기 시장은 고성장, 고부가가치 시스템산업이며, 기술적 진입 장벽이 두터운 첨단 산업의 특성에 따라 막대한 연구개발비를 회수할 수 있는 시장이 확보된 선진국 글로벌 기업이 주도하고 있다. 또한, 건강 수명 증진 및 의료비 절감이라는 수요 변화에 대응하여 진단의 정밀화, 방사선 피폭의 최소화, 진단기능의 다양화 및 전문화 등 기술적인 고도화와 영상진단과 치료를 동시에 시행할 수 있는 신개념 의료기기에 대한 수요가 증가하고 있는 추세이다.</p><p>미국의 GE는 영상진단기기 분야의 선두 자리를 확보하고 있고, 유럽의 Siemens와 Philips는 높은 신뢰도로 제품의 이미지를 구축하고 있으며, 일본의 Toshiba는 중저가형 제품을 생산하여 시장을 주도하고 있으며, 인체조직의 생리학적, 세포 또는 분자의 변화를 영상화하여 개별 분석하기 위한 분자영상기술, u-Healthcare 구현을 위한 Point of Care 기술과 디지털 고기능 의료영상 진단기기와 같은 신기술 개발에 주력하고 있고, 다국적 산학 연구 체제를 갖추고 연구개발을 하고 있으며 기술 선점을 위하여 기업 합병과 기업 간의 공동 연구도 활발히 진행되고 있다.</p>
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"최근 몇 년간 새로운 정책, 4차 산업 혁명 기술 혁신 등 다양한 변화가 있었는것은 무엇인가?",
"의료용 엑스선 영상기기는 어떤 영상을 기반으로 하는가?",
"의료용 엑스선 영상기기중 일반적인 정지 영상용 엑스선 촬영 장치인 DR (Digital Radiography)이라고 불리는 것은 무슨 장치인가?",
"의료기기 산업에서 미국과 일본의 사장 점유율은 몇 % 인가?",
"전 세계적으로 고령 인구의 급가속화와 건강에 대한 관심 증대 등에 따라 의료기기에 대한 수요가 크게 증가하고 있으며 더불어 지속적으로 성장세를 보이고 있는 시장은 무엇인가?",
"우리나라를 포함한 여러 국가에서 평균 출산율이 저하되고 평균수명이 증가함에 따라 고형화 사회로 접어들면서 가장 큰 관심사는 무엇인가?",
"전 세계적으로 고령 인구의 급가속화와 건강에 대한 관심 증대 등에 따라 의료기기에 대한 수요가 크게 감소하고 있으며 더불어 의료기기 시장도 지속적으로 성장세를 보이고 있는가?",
"의료용 엑스선 영상기기중 중재적 시술시 주로 사용되는 동영상용 엑스선 촬영 장치인 C-arm이라 불리는 장치는 무엇인가?",
"치과 및 구강 촬영에 사용되는 치과용 엑스선 CT라 불리는 디지털 치과 진단용 장치는 무엇인가?",
"암 질환 등의 정밀 진단을 위해 사용되는 CT(Computed Tomography)라 불리는 장치는 무엇인가?",
"동영상용 엑스선 촬영 장치인 C-arm이라 불리는 이동형 엑스선투시촬영장치는 어디에 주로 사용되는가?",
"암 질환 등의 정밀 진단을 위해 사용되는 CT(Computed Tomography)라 불리는 장치는 무엇인가?",
"치과용 엑스선 CT라 불리는 디지털 치과 진단용 구강내 엑스선 촬영장치는 어디에 사용되는가?",
"Angiography라 불리는 혈관조영엑스선장치는 어디에 사용되는가?",
"의료영상진단기기 시장은 의사 중심의 방사선과 가치기반 진단 영상 의학으로 나아가는 새로운 트렌드를 지속적으로 향하고 있나?",
"환자 중심의 방사선과 가치기반 진단 영상 의학으로 나아가는 새로운 트렌드를 지속적으로 향하고 있는 시장은 무엇인가?",
"4대 영상진단기기는 무엇인가?",
"전체 영상진단의료기기 시장의 \\( 80.5 \\% \\)를 차지하고 있는 GE, Siemens, Philips, Toshiba의 경우, 엑스선 촬영 장치를 비롯하여, CT, MRI, 초음파등 4대 영상진단기기에 모두 강점을 보유하고 있으며, 그 외 영상진단에 필요한 모든 제품 라인업을 보유하고 있나?",
"최근의 의료영상진단기기의 반전에 영향을 미치는 주요 트렌드는 무엇인가?",
"EvaluateMedTech 2016에 따르면 글로벌 의료기기 시장 규모는 2015년 3,710억 달러에서 2022년에는 5,298 억 달러에 도달할 전망으로 연평균 몇 %로 성장하겠는가?",
"EvaluateMedTech 2016에 따르면 2015년 글로벌 의료기기 시장 규모 몇 억 달러인가?",
"EvaluateMedTech 2016에 따르면 글로벌 의료기기 시장 규모는 2015년 3,710억 달러에서 연평균 \\( 5.2 \\% \\) 성장하여 2022년에는 몇 억 달러에 도달할 전망인가?",
"글로벌 의료기기 산업은 이미 성숙기에 도달한 산업으로 지난 6년간 연평균 성장률은 얼마인가?",
"의료기기 시장 중장기 성장의 주요 요인은 무엇인가?",
"의료기기 시장 중장기 성장의 주요 요인은중 하나는 중국 등 신흥국의 인당 평균 소득수준의 감소에 따른 헬스케어의 소비 증가가 옳은가?",
"의료기기 시장 중장기 성장의 주요 요인중 하나는 글로벌 인구 고령화가 맞는가?",
"글로벌 의료기기 산업에서 50%에 달하는 시장 점유율을 가지고 있는 두 나라는 어느 나라입니까?",
"2017년 858억 달러로 전 세계 의료기기 시장 중에서 \\( 24.1 \\% \\) 로 높은 시장 점유율을 가지고 있으며, 전형적인 고부가가치를 창출하는 의료 기기 분야는 무엇인가?",
"의료기기 시장에서 미국과 일본 다음으로 의료기기 시장 점유율이 많은 나라는 어느 나라입니까?",
"의료기기 제품군별 세계 시장 현황(BMI Espicom, 2017)에서 의료영상진단기기의 연평균 성장률은 몇 %인가?",
"의료영상진단기기는 2017년 858억 달러로 전 세계 의료기기 시장 중에서 \\( 24.1 \\% \\) 로 낮은 시장 점유율을 가지고 있는가?",
"의료영상진단기기 시장은 고성장, 저부가가치 시스템산업이 맞아?",
"의료영상진단기기 시장의 특징은 무엇인가?",
"의료영상진단기기 시장에서 영상진단과 치료를 동시에 시행할 수 있는 신개념 의료기기에 대한 수요가 증가하고 있는가?",
"고성장, 고부가가치 시스템산업이며, 기술적 진입 장벽이 두터운 첨단 산업의 특성에 따라 막대한 연구개발비가 들어가는 의료영상진단기기 시장을 주도하는 기업은 무엇인가?",
"영상진단기기 분야의 선두 자리를 확보하고 있는 미국의 기업은 무슨 기업인가?",
"영상진단기기 분야에서 높은 신뢰도로 제품의 이미지를 구축하는 유렵의 기업은 무슨 기업인가?",
"유방암 진단에 사용되는 mammography라 불리는 장치는 무엇인가?",
"우리나라를 포함한 여러 국가에서 평균 출산율이 저하되고 평균수명이 증가함에 따라 고형화 사회로 접어들면서 가장 큰 관심사는 바로 건강한 생활과 질 높은 삶을 누리는 것인가?",
"의료용 엑스선 영상기기에는 크게 일반적인 정지 영상용 엑스선 촬영 장치인 DR (Digital Radiography)이라고 불리는 디지털엑스선찰영장치, 중재적 시술시 주로 사용되는 동영상용 엑스선 촬영 장치인 C-arm이라 불리는 이동형 엑스선투시촬영장치, 유방암 진단에 사용되는 mammography라 불리는 유방 촬영용 엑스선 장치, 치과 및 구강 촬영에 사용되는 치과용 엑스선 CT라 불리는 디지털 치과 진단용 구강내 엑스선 촬영장치, 암 질환 등의 정밀 진단을 위해 사용되는 CT(Computed Tomography)라 불리는 전산화단층엑스선촬영장치, 혈관조영 및 카테터 시술에 사용되는 Angiography라 불리는 혈관조영엑스선장치 등이 있는가?",
"의료 산업은 최근 몇 년간 새로운 정책, 3차 산업 혁명 기술 혁신 등 다양한 변화의 있었는가?",
"mammography라 불리는 유방 촬영용 엑스선 장치는 어디에 주로 사용되는가?",
"유방암 진단에 사용되는 mammography라 불리는 촬영장치는 전산화단층엑스선 촬영장치가 맞아?",
"의료영상진단기기 시장은 누구 중심의 방사선과 가치기반 진단 영상 의학으로 나아가는 새로운 트렌드를 지속적으로 향하고 있는가?",
"의료영상진단기기는 2017년 858억달러로 전 세계 의료기기 시장의 시장 점유율은 몇 %인가?",
"영상진단기기 분야의 중저가형 제품을 생산하여 시장을 주도하고 있는 나라는 어느나라인가?",
"Point of Care 기술과 디지털 고기능 의료영상 진단기기와 같은 신기술 개발은 무엇을 구현하기 위한 것인가?",
"인체조직의 생리학적, 세포 또는 분자의 변화를 영상화하여 개별 분석하기 위한 기술은 무엇인가?",
"엑스선 영상을 기반으로 하는 디지털엑스선찰영장치, 이동형 엑스선투시촬영장치, 유방 촬영용 엑스선 장치, 구강내 엑스선 촬영장치, 전산화단층엑스선촬영장치, 혈관조영엑스선장치 등의 엑스선 영상기기는 어디에 포함되는가?"
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인공물ED
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의료영상진단기기의 기술동향
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<h2>2.2. 국내 시장동향 및 전망</h2><p>국내 의료기기 시장은 생산액 및 수출입을 기준(식약처 실적보고)으로 2016년 5조 8,733억원 규보로 2015년 대비 \( 11.5 \% \) 증가하였으며, 국내 시장규모는 2012년부터 2016년까지 연평균 \(6.3\%\)의 성장세를 지속해왔다. 2016년 우리나라 의료기기 생산액은 5조 6,031억원으로 2015년 대비 \( 12.0 \% \), 수출액의 경우 2012년부터 2016년까지 연평균 \( 11.2 \% \)의 고성장세를 유지하고 있으며, 2016년 3조 3,869억원 수출로 2015년 대비 \( 10.4 \% \) 확대되었다. 국내 의료영상 진단기기 분야는 1조 719억 원(\(19.1\%\))을 생산하여 유형군별 생산실적에서 치과재료유형 다음으로 높은 비중을 차지하고 있었으며, 2014년~2016년 연평균 \( 1.0 \% \) 내외의 성장률을 보였다.</p><h1>3. 엑스선 의료영상 진단기기 제품 및 기술 동향</h1><p>엑스선 의료영상기기는 엑스선을 이용하여 인체 내의 해부학적 구조를 2차원 혹은 3차원으로 영상화하여 의학적으로 유용한 정보를 제공하는 대표적 비침습적 영상진단기기이다.</p><p>엑스선 영상기기는 의료영상진단기기 시장에서 가장 높은 비중을 차지하는 분야로서 진단 및 치료분야에서 가장 널리 사용되고 있으나, 방사선 피폭에 대한 문제와 더불어 규제가 강화되고 있다. 최근 MRI, CT, C-arm 기반의 영상정보를 이용한 수술이 크게 증가하고, 치료/수술지원 장비와 영상의료기기와의 융복합을 통해 진단과 치료가 일체화되는 형태로 발전하면서 다양한 형태의 기술들이 개발되고 있다.</p><p>\( \mathrm{X} \)-선 영상진단기기를 이용한 다양한 임상응용분야에 디지털화가 진행됨에 따라 Fluoroscopy, Mammography, CBCT(Cone-beam Computed Tomography) 등의 활용을 가능하게 하는 센서의 요구가 크게 증가하였다. 일반 촬영(General radiography)용 a-Si(TFT)기반의 영상 센서는 대만, 증국 등 TFT 제조업체로부터 패널을 공급받아 제어 및 영상소프드웨어 등 주변기술과 인테그레이션하여 제품화하는 기업들이 늘어남에 따라 시장경쟁이 과열되고 있다. Fluoroscopy, mammography, CBCT 등 특화된 분야가 새로운 블루오션이 되고 있고, 이에 따라 a-Si(TFT) 기술의 고속화, CMOS 기반 영상센서, poly-TFT 기반의 active pixel에 대한 연구개빌을 통해 빠르게 제품화되어 출시되고 있다.</p><p>최근 의료환경의 변화에 따라 환자중심의 이동형 (portable/mobile) 의료영상진단기기의 개발과 출시가 활발하며, 단일 기기에서 다기능을 실현하는 다중 복합 (mluti-modality) 의료영상기기가 새로운 패러다임으로 자리매김하고 있다. 이에 따라 국내외에서 다양한 이동형 영상진단기기로서 휴대용 초음파 영상진단시스템, 엑스선 촬영장치, 콘빔 CT 등이 해당된다.</p><p>의료 환경의 전문화/세분화 추세에 따라 의료영상기기의 특정 질병 질환에 대한 전용(dedicated) 장비가 국내외에서 개발되어 제품화되고 있다. 특히 근골격계 질환에 있어서 정밀진단을 위한 CT 및 MRI가 정형외과에 특화되어 상하지 관절에 대한 진단이 가능한 전용 의료 영상기기가 Carestream Healthcare, GE 등 다수의 국내외 기업에서 출시하고 있다.</p>
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"엑스선을 이용하여 인체 내의 해부학적 구조를 2차원 혹은 3차원으로 영상화하여 정보를 제공하는 대표적 비침습적 영상진단기기는 뭐야?",
"휴대용 초음파 영상진다시스템, 엑스선 촬영장치 등은 이동형 영상진단기기가 맞아?",
"의료영상진단기기 중 다기능을 실현하는 의료영상기기가 뭐야?"
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인공물ED
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의료영상진단기기의 기술동향
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<p>콘빔 전산화 단층 촬영장치(CBCT, Conebeam Computed Tomography)는 전통적인 컴퓨터 단층 촬영장치(CT)의 변형이며 1970년대 후반에 처음 소개되었다. 두 장치에서의 큰 차이점은 한 번의 촬영에 이미지화되는 피사체의 볼륨의 차이이다. 전통적인 CT에서는 피사체인 환자의 좁은 부분이 엑스선dp 투영된 형상이 제한된 “팬 빔(fan beam)” 형상으로 투영된 부분만이 영상화되머, CT를 통해 생성된 환자의 해부학적 구조의 경우 엑스선 팬빔을 여러번 회전하여 이미지화해야 한다. 반면에, CBCT에서는 대면적 검출기를 사용하기 때문에 한 번의 회전으로 환자의 촬영 면적을 볼륨으로 영상화하여 3차원으로 표현한다. CBCT는 치과 및 악안면뿐만 아니라 신체의 여러 부위에 대하여 3D 이미지를 생성할 수 있다. CT 이미지 품질을 제공하지만 기존의 룸기반 CT 시스템보다 낮은 엑스선 조사 조건을 사용하기 때문에 전력소모가 적게 되고 일반전원을 사용할 수 있다. 생체 역학적인 행동에 영향을 미치는 정형외과적 진단, 즉 관절염, 반월판 손실, 불안정성 및 불일치 증후군과 같은 관절 질환, 무릎, 발목, 발 등 스포츠 관련 부상을 정밀 진단하는데 중요한 진단기기이다. 특히, 자기체중부하(weight-bearing) 촬영이 가능하다는 점에서 임상적 활용 측면에서 매우 유용하게 활용되고 있으며, 고해상도의 단층영상을 통해 일반 엑스선 촬영 대비 미세골절 등의 진단이 가능하다.</p><p>미국의 iCRco의 CLARIS XT CBCT는 커브형 \(17'' \times 23''\)대면적 검출기를 적용하여 정형외과적인 Extremity진단영상 뿐만 아니라 응급환경, 수술계획 등 임상적용 목적으로 개발하였으며 CT 스캔 속도를 향상시키기 위하여 3개의 검출기를 적용하였다.</p><p>또한, 국내 엑스선 영상진단기기의 부품별 핵심 제품은 국내 의료영상진단기기 제조사에 공급되기도 하고 별도로 국외 영상기기 제조사에 수출을 진행하고 있다. 제피아이헬스에서 생산하는 비산란 엑스선 그리드(Anti-scatter GRID)는 엑스선 영상기기에서 산란선으로 인한 영상품질 저하를 최소화하는 수출 주도 상품으로서 세계 시장의 \( 40 \% \)이상을 점유하고 있다. 부품별로 보면 뷰웍스, 레이언스, 디알텍 등 엑스선 영상 검출을 위한 평판형 디텍터를 생산하는 업체가 가장 많고, CPI등에서 대부분 수입하고 있는 엑스선 고전압 발생기의 경우 국내 제조회사로는 포스콤, 디알젬 등이 생산을 하고 있다.</p><p>전계방출 엑스선 소스는 종래의 열전자 엑스선 소스에 비해 냉음극(cold-cathode) 전자를 활용하여 소비전력, 방출전자의 에너지 분포 및 방항성, 전자 집속, 크기등에서 큰 장점을 가지는데, 특히 열전자는 순간적인 스위칭이나 전류 변조가 어려운 아날로고 동작인 반면 전계방출은 고속 스위칭 동작과 더불어 전류 변조가 자유스러운 디지털 구동 특성을 가지게 되므로 엑스선 발생 효율이 높아 저선량 영상과 엑스선 투시촬영 및 CT 시스템에 있어서 매우 우수한 동적 성능을 실현할 수 있는 기술이다.</p><p>최근 유방암 검진에 도입되기 시작한 DBT(Digital Breast Tomosynthesis) 시스템은 열전자 엑스선 소스를 사용할 경우 반드시 회전 갠트리가 필요한 반면 전계방출 디지털 엑스선 소스를 이용하면 갠트리가 필요없는 sDBT(stationary DBT) 시스템을 구현할 수 있다. [그림 8]은 열전자 단일 엑스선 소스를 이용한 DBT와 CNT 에미터 기반 다중 전계방출 디지털 엑스선 소스의 sDBT 시스템을 보여주는데, 기존 DBT 시스템은 하나의 열전자 엑스선 튜브를 갠트리에 실어 투사하고자 하는 각도 (대략 \( 28^{\circ} \) )내에서 회전하면서 일정한 간격으로 피사체의 엑스선 투사 영상을 얻는 반면, sDBT 시스템에서는 다수의 전계방출 엑스선 소스가 주어진 범위내에서 일정한 간격으로 배치되어 순차적으로 어드레싱(addressing)되면서 투사 영상을 얻는다. DBT의 엑스선 디텍터(detector)로부터 얻은 투사 영상은 3차원 단층합성 영상으로 재구성(reconstruction)되는데, 이 때 3차원 단층합성 영상의 성능은 투사 영상의 정확도에 크게 의존하며, sDBT는 회전 갠트리에 의한 영상의 흐림(blur)이 없기에 기존 DBT에 비해 매우 선명한 영상을 제공할 수 있을 뿐만 아니라 진단 시간을 크게 단축할 수 있는 장점을 가진다.</p><p>전계방출 디지털 엑스선 소스를 이용한 고정형 단층 합성영상 시스템은 현재 유방 검진뿐만 아니라 폐와 치과 검진용으로도 개발되고 있으며, 유방 검진과 마찬가지로 짧은 시간에 보다 선명한 영상을 얻을 수 있다는 장점을 가진다.</p><p>CBCT 및 디지털 토모신세시스는 획득한 2D 투영영상을 영상재구성 알고리즘을 통하여 단층영상을 생성하게 된다. 영상 재구성 알고리즘은 저피폭을 실현하기 위하여 sparse projection 및 limited angle view 기법을 포함한 낮은 선량조건의 촬영으로 인한 저피폭의 영향으로 발생하는 잡음을 낮추고 영상의 고주파 저대조도 신호를 복구하기 위한 반복형 알고리즘(Iterative Reconstruction) 개발이 활발하게 진행되고 있으며, GPU 하드웨어 기반의 빠른 병렬계산 방식을 이용하여 과거에 볼 수 없었던 우수한 성능의 반복형 알고리즘들이 지속적으로 개발되고 있다.</p><p>최근 들어 의료용 영상기기 뿐만 아니라 의료기기 전반에 있어 IoT 기능을 접목한 새로운 패러다임의 의료 서비스를 제공하려는 연구가 선진국 제조사를 중심으로 진행되고 있다. 대표적인 사례로 GE의 인텔리전트 플랫폼인 'Predix' 를 이용한 병원운용관리 솔루션, 의료 영상과 데이터베이스를 접목하여 진단 성능을 향상시키는 Siemens의 'Syngovia', 아마존과 협력하여 클라우드 기반의 혤스케어 사물인터넷 서비스를 제공하는 Philips의 'AWS(Amazon Web Service'등이 있다. 이들 기술은 빅데이터를 이용하여 환자의 원격 진료를 가능하게 하는 헬스케어 서비스의 제공뿐만 아니라 IoT기능을 이용하여 의료기기가 스스로의 고장 상태를 진단하고 이를 사용자 및 제조자에게 알려 신속하고 안전한 의료기기 운용이 가능하도록 한다.</p><h2>4. 결론 및 제언</h2><p>지금까지 의료영상진단기기 시장 및 제품을 기반으로 한 기술동향을 국내외 시장을 기반으로 살펴보았다. 이동형, 다기능 다증 복합 영상 시스템, 저선량의 의료시장 패러다임 변화에 대응하여 새로운 개념의 제품을 통한 틈새시장의 개척을 통하여 의료기기 산업의 경쟁력을 확보할 수 있을 것으로 판단된다. 4차 산업시대의 도래에 따른 인공지능 기술을 이용한 의료영상치리, 3차원 영상 재구성, 3D 프린팅 기술과 CT scanner 등 3 차원 영상기기와 접목을 통한 의료영상 서비스 기술 개발, IoT 기술 활용을 통한 미래 의료기기 산업의 경쟁력 확보에 주력하는 것은 우리나라 의료기기 산업을 위하여 매우 중요하다.</p>
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"콘빔 전산화 단층 촬영장치가 등장한 건 언제야?",
"언제 콘빔 전산화 단층 촬영장치가 나왔지?",
"콘빔 전산화 단층 촬영장치는 어떤 장치가 변형된 거야?",
"어떤 장치가 변형되어 콘빔 전산화 단층 촬영장치가 되었지?",
"CT에서 영상화하기 위해 여러번 회전해서 사용하는 게 뭐야?",
"CBCT에서 영상화하기 위해 사용하는 기구가 뭐야?",
"어떤 기구를 사용해서 CBCT에서 영상화를 진행하지?",
"CBCT에서 사용하는 대면적 검출기는 이미지를 어떻게 표현해?",
"어떤 방법으로 CBCT에서 사용하는 대면적 검출기는 이미지를 나타낼까?",
"CBCT가 CT보다 전력이 적게 드는 이유가 뭐야?",
"왜 CBCT가 CT보다 전력이 적게 사용되지?",
"CBCT가 활용되는 정형외과 질환에는 어떤 게 있어?",
"정형외과의 어떤 질환에는 CBCT가 사용되지? ",
"CBCT가 임상적으로 활용되는 건 자기체중부하 촬영이 가능해서야?",
"엑스선 촬영에 비해 CBCT의 장점이 뭐야?",
"어떤 이점이 엑스선 촬영에 비해 CBCT에 존재해?",
"미국의 iCRco에서 3개의 검출기를 적용하여 개발한 영상기기가 뭐야?",
"미국의 iCRco에서 3개의 검출기를 적용하여 어떤 영상기기를 만들었지?",
"CLARIS XT CBCT에 적용된 대면적 검출기의 사이즈가 얼마나 돼?",
"CLARIS XT CBCT의 개발 목적이 뭐야?",
"왜 CLARIS XT CBCT를 개발하지?",
"CT 스캔 속도를 높이기 위해 CLARIS XT CBCT에 사용된 검출기는 몇 개야?",
"영상기기의 품질 저하를 최소화하기 위해 제피아이헬스에서 만든 상품이 뭐야?",
"영상기기의 품질 저하를 최소화하기 위해 어떤 제품을 제피아이헬스에서 제작했지?",
"비산란 엑스선 그리드의 세계 시장 점유율이 얼마야?",
"비산란 엑스선 그리드는 대한민국의 제피아이헬스에서 만들었어?",
"대한민국에서 평판형 디텍터를 생산하는 회사는 어디야?",
"한국의 어떤 회사가 평판형 디텍터를 만들지?",
"대한민국의 포스콤, 디알젬은 엑스선 고전압 발생기를 생산해?",
"어떤 부분에서 전계방출 엑스선 소스가 열전자 엑스선 소스보다 우세해?",
"고속 스위칭 동작과 전류 변조가 자유로운 엑스선 소스는 전계방출이야?",
"엑스선 발생 효율이 높은 전계방출 기술은 어디에 유용하게 사용돼?",
"DBT 시스템에 전계방출 디지털 엑스선 소스를 이용하면 실현할 수 있는 게 뭐야?",
"DBT는 sDBT보다 선명한 영상을 얻을 수 있어?",
"sDBT의 장점 중에서 DBT보다 크게 줄일 수 있는 게 뭐야?",
"sDBT의 장점 중에서 무엇을 DBT보다 크게 감소시킬 수 있지?",
"DBT에서 3차원 단층합성 영상의 성능이 큰 영향을 받는 게 뭐야?",
"전계방출을 이용한 고정형 단층 합성영상 시스템은 유방 검진 외에 어디에 활용돼?",
"CBCT와 디지털 토모신세시스가 2D 투영영상으로 만들어 내는 게 뭐야?",
"무엇을 CBCT와 디지털 토모신세시스가 2D 투영영상으로 제작하지?",
"우수한 반복형 알고리즘을 개발하기 위해 쓰는 방식이 뭐야?",
"어떻게 우수한 반복형 알고리즘을 개발하지?",
"선진국을 중심으로 새로운 체계의 의료 서비스 연구를 위해 접목시킨 건 IoT 기능이야?",
"병원운용관리 솔루션 Predix를 개발한 회사가 어디야?",
"어느 회사가 병원운용관리 솔루션 Predix를 만들었지?",
"Siemens가 진단 성능 향상을 위해 개바한 게 뭐야?",
"Siemens가 진단 성능 향상을 위해 무엇을 만들었지?",
"Philips가 아마존과의 협업으로 헬스케어 사물인터넷 서비스를 내놓았어?",
"뭘 통해 환자의 원격 진료가 가능해졌어?",
"어떻게 환자의 원격 진료가 가능해졌어??",
"의료기기가 자동으로 고장 여부를 진단하고 사람들에게 알리는 데 이용된 기능이 뭐야?",
"어느 기능을 이용해서 의료기기가 자동으로 고장 여부를 진단하고 사람들에게 알리지?"
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인공물ED
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HFCT를 활용한 고전압직류송전 케이블 부분방전 위치추정
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<h1>2. 연구 방법</h1><p>Fig. 1은 부분방전 실험 구성도를 보여주고 있다. 실험에 사용된 케이블은 22.9\(\mathrm{kV}\) 동심 중성선 케이블이며 도체(수밀 압축연동연선), 내부 반도전층, 절연체 (XLPE), 외부 반도전층, 동심중성선, 피복체(PVC)로 구성되어 있다. 케이블의 도체와 중성선에 고전압이 인가되며, 중선선은 마이크로 매니퓰레이터에 연결된 침전극과 전기적으로 연결되어 있어 일정 크기이상의 DC전압이 인가되면 부분방전이 발생되게 구성하였다. 또한, 마이크로 매니퓰레이터를 사용하여 침전극과 도체 사이의 거리 조절하여 부분방전 발생 전압 조절을 가능하게 구성하였다. 실험에 사용된 HFCT의 민감도와 주파수 대역은 각각 1 pC과 2-200\(\mathrm{MHz}\)이다. 부분방전 발생지점을 기준으로 좌우에 HFCT를 설치하여 부분방전에 의해 발생된 전류펄스가 양쪽의 HFCT 센서에도달하는 시간 차이를 이용하여 부분방전 위치 검출이 가능하게 구성하였다. HFCT1은 부분방전 발생위치에서 오른쪽으로16.5 \(\mathrm{cm}\) 떨어진 곳에 설치하고, HFCT2의 위치는 변경해가며 두 HFCT의 출력을 오실로스코프로 출력 데이터를 수집했다.</p>
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"실험에 사용된 케이블은 몇V의 동심 중성선 케이블인가?",
"매니퓰레이터에 고전압이 직접 인가 되는 것이지?",
"22.9\\(\\mathrm{kV}\\) 동심 중성선 케이블은 무엇으로 이루어져있는가?",
"도체(수밀 압축연동연선), 내부 반도전층, 절연체 (XLPE), 외부 반도전층, 동심중성선, 피복체(PVC)로 구성되어있는 것은 무엇이야?",
"중선선은 어디에 연결되어있어?",
"고전압은 어디에 인가돼?",
"일정 크기 이상의 DC전압이 인가되면 무엇이 발생해?",
"무엇을 사용해서 침전극과 도체 사이의 거리를 조절하는 것이야?",
"마이크로 매니퓰레이터를 사용하면 부분방전 발생 전압의 크기를 조절 할 수 있어?",
"부분방전 발생 전압은 어떻게 조절해?",
"어디를 기준으로 HFCT를 설치해?",
"부분방전에 의해 발생된 전류펄스가 양쪽의 HFCT센서에 도달하는 시간은 같아?",
"HFCT1의 위치를 변경해가며 데이터를 수집했어?",
"HFCT의 출력은 무엇을 통해 수집했어?",
"일정 크기 이상의 교류전압이 인가되면 부분 방전이 발생하는 것이야?",
"침전극과 도체 사이의 거리를 조절하면 어떠한 변화가 생겨?",
"실험에 사용도니 HFCT의 민감도는 몇이야?",
"실험에 사용된 HFCT의 주파수 대역은 몇Hz야?",
"부분방전 위치 검출은 어떤 차이를 이용한 것이야?",
"HFCT1은 부분방전 발생위치에서 오른쪽으로 어느 지점에 설치했어?"
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인공물ED
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HFCT를 활용한 고전압직류송전 케이블 부분방전 위치추정
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<h1>3. 결과 및 고찰</h1><p>Fig. 2는 부분방전 발생 위치로부터 -16.5 \(\mathrm{cm}\)와 +154.5 \(\mathrm{cm}\) 거리에 설치된 두 개의 HFCT로부터 검출한 부분방전 신호이다. X 축의\(t=0\) 지점은 오실로스코프의 트리거가 작동한 시점이다.부분방전 신호는 특정 주파수로 진동하며 신호의 크기는 시간이 지남에 따라 점차 감소하는 특성을 보이고 있다.</p><p>Fig. 3은 두 파형의 상승지점을 확대한 그림이며, 부분방전 발생위치로부터 더 먼 거리에 설치된 HFCT2에 부분방전 신호가11.018 \(\mathrm{ns}\)늦게 도착함을 확인할 수 있다. HFCT2의 위치를 변경해가면서 총 10번의 측정을 수행하였고, 부분방전 발생 위치로부터 HFCT2의 위치가 멀어질수록 HFCT1과 HFCT2에 도달하는 부분방전 신호의 시간 차이가 커짐을 확인하였다.</p><p>또한 부분방전 신호의 평균 전파 속력은 12.63 \(\mathrm{cm/ns}\)임을 확인할 수 있었다. 부분방전 신호의 평균 전파 속도 (\(\mathrm{v}\)), 두 센서에 도달하는 부분방전 신호의 도착시간 차이 (\(t1−t2\)), 두 센서 간의 거리 (l)를 사용하여 부분방전 발생 위치(\(x\))를 아래의 식을사용하여 구할 수 있다.</p><p>\( x=\frac{1}{2}\left\{l+v\left(t_{1}-t_{2}\right)\right\} \)<caption>(1)</caption></p><p>평균 전파 속력과 Fig. 2의 시간차이를 사용하여 역으로 검출한 부분방전의 위치는 15.92 \(\mathrm{cm}\)로 실제 부분방전 위치인 16.5\(\mathrm{cm}\)의 96.49\(\%\) 정확도로 부분방전의 위치를 검출하였다.</p><p>Fig. 4는 부분방전 신호의 주파수 스펙트럼을 보여준다. 부분방전 신호의 주된 주파수 성분은 2.48 \(\mathrm{MHz}\)와 3.6 \(\mathrm{MHz}\)로 측정되었다.</p><p>케이블 전구간에서 부분방전의 위치는 여러 개의 HFCT를 일정 간격으로 설치하고 아래의 알고리즘을 사용하여 검출할 수 있다.알고리즘에 사용된 파라미터는 아래와 같이 정의된다.</p><ul><li>T(SN): N번째 HFCT에 도달하는 부분방전 신호의 도착시간</li><li>l: 인접한 두 HFCT간의 거리</li><li>v: 부분방전 신호의 전파속도</li><li>PPD: 부분방전 발생 위치</li><li>PSN: N번째 HFCT의 위치</li><li>x: N번째 HFCT로 부터의 거리</li></ul><p>알고리즘 각 단계의 설명은 아래와 같다.</p><p>(1) \(N\) 번째와 \(N+1\) 번째 센서에 도달하는 부분방전 신호의 도착시간 차이가 \(l/v\)이면, 부분방전은 그 두 센서 사이에서 발생하지 않은 것임.</p><p>(2) 만약 \(N\) 번째와 \(N+1\) 번째 센서에 도달하는 부분방전 신호의 도착시간의 차이가 양수이면 부분방전은 \(N+1\) 번째 센서 오른쪽에서 발생한 것임.</p><p>(3) 따라서, \(N+1\) 번째와 \(N+2\)번째 센서의 도착시간 차이를 확인해야 함. 따라서 (1) 조건이 거짓일 때까지 \(N\) 값을 1 증가시킴.</p><p>(4) 만약 \(N\) 번째와 \(N+1\) 번째 센서에 도달하는 부분방전 신호의 도착시간의 차이가 음수이면 부분방전은 \(N\) 번째 센서 왼쪽에서 발생한 것이어서, \(N-1\)번째와 \(N\) 번째 센서의 도착시간 차이를 확인해야 함. 따라서 (1) 조건이 거짓일 때까지 \(N\) 값을 1감소시킴.</p><p>(5) 만약 \(N\) 번째와 \(N+1\) 번째 센서에 도달하는 부분방전 신호의 도착시간 차이가\( l/v\)이 아니면, 부분방전은 \(N\) 번째와 \(N+1\) 번째 센서 사이에서 발생한 것임.</p><p>(6) 부분방전은 \(N\)번째 센서의 위치에서 (5)에서 구한 \(x\) 값만큼 오른쪽에 위치에서 발생한 것임.</p>
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"HFCT는 부분방전 발생 위치로부터 같은 거리에 위치하고 있는 것이야?",
"부분방전 신호의 전파속도를 의미하는 변수는 무엇이야?",
"\\(N\\) 번째와 \\(N+1\\) 번째 센서에 도달하는 부분방전 신호의 도착시간 차이가\\( l/v\\)이 아니면 부분방전은 어디서 일어난거야?",
"X 축의\\(t=0\\) 지점은 어떤 시점인가?",
"부분방전 신호의 진동수는 시간이 지남에 따라 점차 감소하고 있는가?",
"부분방전 신호는 시간이 지남에 따라 어떻게 되었는가?",
"부분방전 발생위치로부터 더 먼거리에 설치된 HFCT는 무엇인가?",
"HFCT2에 부분방전 신호가 몇ns 후에 도착했어?",
"HFCT1의 위치를 변경해 가면서 실험을 진행했어?",
"부분방전 발생 위치로부터 HFCT2의 위치가 멀어질수록 어떤 차이가 커졌어?",
"역으로 검출한 부분방전위 위치는 실제 부분방전위 위치와 일치했어?",
"부분방전의 위치 어떻게 구했어?",
"부분방전 신호의 평균 전파 속력은 뭐야?",
"부분방전 위치 검출은 얼마의 정확도를 가졌어?",
"케이블 전 구간에서 부분방전의 위치는 구할 수 없어?",
"실제 부분방전의 위치는 어디야?",
"부분방전 신호의 주된 주파수 성분은 몇이야?",
"\\(N\\) 번째와 \\(N+1\\) 번째 센서에 도달하는 부분방전 신호의 도착시간 차이가 \\(l/v\\)이라는 것은 무엇을 나타내?",
"\\(N\\) 번째와 \\(N+1\\) 번째 센서에 도달하는 부분방전 신호의 도착시간의 차이가 양수이면 부분방전은 어디에서 일어난 것이야?",
"부분방전이 발생하지 않았다면, \\(N\\) 번째와 \\(N+1\\) 번째 센서에 도달하는 부분방전 신호는 어떻게 나타나?",
"실제 부분방전 위치보다 역으로 검출한 부분방전위 위치가 더 커?",
"부분방전 발생 위치로부터 HFCT2의 위치가 가까워지면 HFCT1과 HFCT2에 도달하는 부분방전 신호의 시간 차이가 작아져?",
"\\(N\\) 번째와 \\(N+1\\) 번째 센서에 도달하는 부분방전 신호의 도착시간의 차이가 음수이면 무엇을 확인해야해?",
"\\(N\\) 번째와 \\(N+1\\) 번째 센서에 도달하는 부분방전 신호의 도착시간의 차이가 어떻게 나타날 때 부분방전이 일어났다고 볼 수 있어?",
"부분방전은 \\(N\\)번째 센서의 위치에서 (5)에서 구한 \\(x\\) 값만큼 어느쪽에서 발생해?",
"HFCT2의 위치를 변경해가며 몇번의 실험을 했어?",
"부분방전 신호의 평균 속도를 통해 부분방전 발생 위치를 구할 수 있어?",
"N번째 HFCT에 도달하는 부분방전 신호의 도착시간을 의미하는 파라미터는 무엇이야?",
"파라미터 I는 인접한 무엇간의 거리를 의미해?",
"인접한 두 HFCT간의 거리를 의미하는 파라미터는 무엇이야?",
"파라미터 V가 정의하는 것은 뭐야?",
"파라미터 x는 N번째 무엇으로부터의 거리를 나타내?:",
"\\(N\\) 번째와 \\(N+1\\) 번째 센서에 도달하는 부분방전 신호의 도착시간의 차이가 음수이면 부분방전은 어디서 일어난 것이야?",
"\\(N\\) 번째와 \\(N+1\\) 번째 센서에 도달하는 부분방전 신호의 도착시간 차이를 무엇과 비교해?",
"부분방전 발생 위치는 어떤 파라미터로 표현돼?",
"(1) 조건이 거짓일 때까지 \\(N\\) 값을 2씩 증가시키는 알고리즘이야?",
"PSN은 몇번째 HFCT의 위치를 나타내?",
"파라미터 x는 무엇을 의미하나?"
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인공물ED
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HFCT를 활용한 고전압직류송전 케이블 부분방전 위치추정
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<h1>1. 서 론</h1><p>부분방전은 여러 고전압 전기설비의 절연체의 공극과 같은 결함에서 발생하는 국부적인 전기 방전현상으로 절연체의 열화 및 절연파괴의 주된 원인 중 하나이다. 부분방전은 전자파 및 음파 방사, 전류 펄스 생성, 온도 상승, 코로나 방전, 화학적 반응등 다양한 물리-화학적 현상을 발생시키고 이러한 현상들을 측정함으로써 부분방전을 검출할 수 있다. 여러 고전압 설비중 고전압 전력 케이블은 주로 접근이 어려운 지중 또는 해저에 포설되어 고장 발생 시 고장 위치 탐지가 어렵고 복구에 많은 시간과 경제적 손실을 야기한다. 현재 대표적인 부분방전 센서인 금속 박 센서와 HFCT (high frequency current transformer)가 고전압교류송전(high-voltage alternating current, HVAC) 케이블의 부분방전 검출에 사용되고 있으나, 이들 대부분의 센서는 전력 케이블의 종단 또는 중간 접속함에 설치되어 설치 위치로부터 일정 거리 안에서 발생한 부분방전만 검출할 수 있는 한계를 가진다. 최근 고전압직류송전 케이블은 대용량 장거리 전력수송에 효율적이고 국가 간 계통연계, 이종 주파수 계통 연계, 해상 풍력 발전 플랜트와 같은 신재생 에너지원과 지상의 전력 계통과의 연계가 용이한 장점을 가지고 있어 수요가 지속적으로 증가하고 있다. 따라서 안정적인 HVDC 운영을위해서 HVDC 케이블 전 구간에서 발생하는 부분방전을 실시간-온라인으로 탐지하고 부분방전의 위치까지 판별할 수 있는센서 기술의 필요성이 크게 부각되고 있다. 이 논문에서는 HVDC송전 시 케이블 주위에 시변 자기장이 생기지 않아 HFCT의 강자성체가 포화되지 않는다는 점에서 착안하여, HFCT를 HVDC 케이블에 직접 체결하여 부분방전을 검출할 수 있음을 검증하였다. 또한 두 개의 HFCT 센서를 이용하여 부분방전 발생 위치도 높은 정확도로 검출해 낼 수 있었다.</p>
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"절연체의 열화 및 절연파괴의 주된 원인이자 전기 방전현상인 것은?",
"부분방전은 절연파괴의 주된 원인 중 하나인가?",
"금속 박 센서는 설치 위치에서 일정거리에서만 발생한 부분 방전 검출에 사용될 수 있다는 한계를 지니는가?",
"고전압 전력 케이블이 가진 단점으로 알맞은 것은?",
"접근이 어려운 위치에 포설된 케이블의 경우 경제적 손실을 야기하는가?",
"고전압 전력 케이블에 고장 발생시 위치 탐지가 어려운 이유는?",
"HFCT는 어떤 대표적인 센서인가?",
"전류 펄스 생성, 온도 상승과 같은 현상들을 측정함으로써 무엇을 검출할 수 있는가?",
"부분방전은 물리-화학적 현상을 발생시키지 않는가?",
"신재생 에너지원과 지상의 전력 계통과의 연계가 용이한 장점을 가지는 케이블은?",
"해상 풍력 발전 플랜트는 신재생 에너지원에 포함되는가?",
"국가 간 계통연계, 이종 주파수 계통 연계는 어떤 종류의 연계인가?",
"부분방전의 위치까지 판별할 수 있는 센서 기술은 무엇의 운영에 필요한가?",
"HVDC 케이블 전 구간에서 발생하는 부분방전은 실시간으로 탐지될 수 없는가?",
"HFCT의 강자성체가 포화되지 않기 위해 HVDC송전 시 케이블 주위 무엇이 생기지 않아야 하는가?",
"시변 자기장의 생성은 강자성체의 포화성과 관련이 없는가?",
"HVDC 케이블에 HFCT를 직접적으로 체결할 수 없는가?",
"부분방전 발생 위치를 높은 정확도로 검출할 수 있기 위해 활용하는 센서는?",
"HFCT 센서의 개수는 부분방전 발생 위치의 정확도와 관련이 있는가?",
"고전압직류송전 케이블은 수요가 지속적으로 감소되고 있는가?",
"HFCT 센서는 전력 케이블의 어디에 설치되는가?",
"금속 박 센서는 설치 위치와 상관없이 부분방전을 검출할 수 있는가?",
"고전압직류송전 케이블의 장점으로 알맞은 것은?"
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인공물ED
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HFCT를 활용한 고전압직류송전 케이블 부분방전 위치추정
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<h1>4. 결 론</h1><p>본 연구에서는 HVDC 케이블에서 발생하는 부분방전을 HFCT로 검출하고 부분방전의 위치를 높은 정확도로 검출하였다. HFCT는 HVAC에 적용 시 강한 시변 자기장으로 인하여 케이블의 종단 또는 중간 접속함의 접지연결선에 설치되어 전력케이블 전 구간 부분방전 모니터링에 한계를 가지나, HVDC 케이블 부분방전 검출에 적용 시 시변 자기장이 없어 케이블의 구조변형 없이 어느 위치에나 설치하여 부분방전을 높은 민감도로 검출 가능하고 여러 개의 HFCT를 일정 간격으로 설치하여 부분방전의 위치 검출까지 가능하다는 것을 확인하였다.</p>
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"이 연구에서 HFCT로 부분방전을 검출한 것은 어떤 케이블이야?",
"이 연구에서 HFCT로 부분방전을 검출한 것은 어떤 케이블이야?",
"본문에서 HVDC 케이블에서 발생하는 부분방전을 HFCT로 검출했어?",
"본 연구에서는 HVDC 케이블에서 발생하는 부분방전을 HFCT로 검출하면서 또 무엇을 높은 정확도로 검출하였어?",
"이 연구에서 HFCT를 사용해서 검출한 것은 무엇이야?",
"이 연구에서 HVDC 케이블에서 발생하는 부분방전을 TEV로 검출했어?",
"본 연구에서는 HVDC 케이블에서 발생하는 부분방전을 HFCT로 검출하고, 부분방전의 무엇을 높은 정확도로 검출하였어?",
"본 연구에서는 HVDC 케이블에서 발생하는 부분방전을 HFCT로 검출하하였는데, 이때 부분방전의 시간을 높은 정확도로 검출하였어?",
"본 연구에서는 HVDC 케이블에서 발생하는 부분방전을 무엇으로 검출했어?",
"이 연구에서 HVDC 케이블에서 발생하는 부분방전을 무엇으로 검출했어?",
"HFCT는 HVAC에 적용 시 강한 시변 자기장으로 인하여 케이블의 어디에 설치가 돼?",
"부분방전 검출을 위해 HVAC에 적용 시 강한 시변 자기장으로 인하여 케이블의 종단 또는 중간 접속함의 접지연결선에 설치되어 전력케이블 전 구간 부분방전 모니터링에 한계를 가지는 것은 무엇이야?",
"HFCT를 무엇에 적용하면 강한 시변 자기장으로 인하여 케이블의 종단 또는 중간 접속함의 접지연결선에 설치되어 전력케이블 전 구간 부분방전 모니터링에 한계를 가지게 돼?",
"HFCT는 HVDC에 적용 시 강한 시변 자기장으로 인하여 케이블의 종단 또는 중간 접속함의 접지연결선에 설치되어 전력케이블 전 구간 부분방전 모니터링에 한계를 가지게 돼?",
"본 연구에서는 HVDC 케이블에서 발생하는 부분방전을 HFCT로 검출하고 부분방전의 위치도 검출하였는데, 이때 정확도가 높았어?",
"HFCT는 HVAC에 적용 시, 케이블의 종단 또는 중간 접속함의 접지연결선에 설치되어 전력케이블 전 구간 부분방전 모니터링에 한계를 가지는데 이것은 무엇 때문이야?",
"HFCT를 HVDC가 아닌 HVAC에에 적용하면 시변 자기장이 거의 없어서 어느 위치에나 설치할 수가 있어?",
"HFCT를 HVAC에 적용한다면 케이블의 종단이나 중간 접속함의 접지연결선에 설치가 되기 때문에 전 구간의 부분방전을 자유롭게 검출할 수가 있어?",
"HFCT를 HVAC에 적용하게 되면 케이블의 종단이나 중간 접속함의 접지연결선에만 설치할 수 있어 전 구간에서 일어나는 부분방전 모니터링에는 한계를 가지게 돼?",
"만약 HFCT를 적용한다면 강한 시변 자기장 때문에 케이블의 종단 또는 중간 접속함의 접지연결선에 설치하게 되는 것은 무엇이야?",
"만약 HVAC에 적용한다면 강한 시변 자기장 때문에 케이블의 종단 또는 중간 접속함의 접지연결선에만 설치가 가능해 전력케이블 전 구간 모니터링에 한계를 가지게 되는 것은 무엇이야?",
"HFCT를 HVDC가 아닌 HVAC에 적용한다면 케이블의 종단 또는 중간 접속함의 접지연결선에 설치하게 되는데 이것은 무엇 때문이야?",
"HFCT는 어떤 케이블에 HFCT를 적용해야 어느 부분에나 설치가 가능한가?",
"본문에서 HVDC 케이블 부분방전 검출에 적용 시 시변 자기장이 없기 때문에 어느 위치에나 설치가 가능한 것은 무엇인가?",
"HFCT를 HVDC 케이블 부분방전 검출에 사용하면 케이블의 구조를 변형하지 않고도 어느 위치에나 설치하여 부분방전을 검출 가능한데, 이것은 무엇이 없어서인가?",
"HVDC 케이블의 부분방전의 위치 검출을 정확히 하려면 무엇을 케이블에 여러 개 일정 같격으로 설치하면 돼?",
"HVDC 케이블에 여러 개의 HFCT를 일정한 간격을 두고 설치하면 무엇을 검출할 수 있어?",
"HVDC 케이블 부분방전 검출에 사용한다면 시변 자기장이 없어서 케이블의 구조를 변형할 필요 없이 어느 위치에나 설치할 수 있는 것은 HFCT야?",
"HFCT를 HVDC 케이블의 부분방전을 검출하는 데에 사용하면 높은 시변 자기장이 생기기 때문에 케이블의 어느 위치에나 설치가 가능해?",
"HFCT를 HVDC 케이블의 부분방전을 검출하기 위해 사용한다면 HFCT를 설치하기 위해서 케이블의 구조를 반드시 변형해야 해?",
"만약 HVDC 케이블에 HFCT 여러 개를 일정한 간격으로 설치하면 케이블에 부분방전이 발생했을 때 그 위치까지 검출이 가능해?",
"HFCT는 HVDC 케이블의 어느 위치에서 설치가 가능하지만 부분방전을 높은 민감도로 검출하는 것은 불가능해?",
"HFCT는 HVDC 케이블의 어느 위치에나 설치하여 부분방전 검출에 사용할 수 있지만, 설치할 때는 케이블의 구조를 변형해야 해?",
"HFCT를 이용하여 부분방전을 검출을 하려고 할 때, 시변 자기장이 없어서 케이블의 어느 위치에나 설치하여 높은 민감도로 부분방전을 검출할 수 있는 케이블은 무엇이야?",
"HVDC 케이블 부분방전의 위치 검출에 HFCT를 이용하려고 한다면 케이블이 어디에 설치를 해야 해?",
"HVDC 케이블에서 부분방전이 일어나는 위치를 검출하기 위해서 HFCT를 사용한다면 HFCT를 어떻게 설치해야 해?",
"HFCT를 부분방전 검출에 사용할 때 HVDC가 HVAC보다 설치하는 위치면에서 유리한 이유는 무엇 때문인가?",
"HFCT를 부분방전 검출에 사용할 때 HVDC가 HVAC보다 설치 위치를 선택하는 데에 더 유리해?",
"HFCT는 HVDC보다는 HVAC에 적용할 때 부분방전의 위치를 더 높은 정확도로 검출할 수 있어?",
"HFCT는 HVAC에는 전혀 적용할 수 없어서 부분방전 모니터링이 완전히 불가능해?"
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효율적 주파수 이용 정책 개발을 위한 주파수 대역 이용효율개선 우선순위 평가 방안
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<h1>Ⅲ. 타 분야와 해외의 유사사례</h1><p>정책을 시행하기 위해 현황을 사전에 평가하는 사례는 다른 분야에서도 찾아볼 수 있다. 예를 들어 전기통신사업의 경우 전기통신산업의 경쟁체제 구축, 공정경쟁 환경 조성을 위한 정책 수립을 위해 매년 기간통신사업자에 대한 경쟁 상황을 평가하고 있다. 또한 방송 분야의 경우, 방송 사업자의 재승인, 재허가를 위한 방송평가와 방송시장 경쟁체재 구축을 위한 방송시장평가를 시행하고 있다.</p><p>전파분야의 경우, 해외 주요국에서 유사한 사례를 찾아볼 수 있다. 무선 브로드밴드 주파수 \( 500 \mathrm{~MHz} \) 폭 확보를 위한 계획을 추진하는 미국의 경우 FCC와 NTIA가 공동으로 공공과 민간용 대역의 확보 우선순위를 정해 의견수렴, 회수◦재배치, 공동사용 등 확보방안을 마련하고, 주파수 경매 등을 통해 공급한다. 주파수 확보 추진 상황은 매년 중간 보고서(interim report)를 통해 공개되며, 대역별 확보 우선순위는 지속적으로 재설정된다 (표 1 및 표 2).</p><p>영국도 이와 유사한 방식으로 공공용으로 사용 중인 주파수를 민간용 브로드밴드 주파수로 전환하는데 있어 우선순위를 평가하여 주파수 확보를 추진하고 있다. Ofcom등은 2014년 모바일 데이터전략을 통해 2028년까지 \( 941\mathrm{MHz} \)폭 확보계획을 수립하고, 대역별 우선순위를 설정하였으며, WRC- 15 결과에 따른 \( 1.4\mathrm{~GHz} \)대 IMT 대역 선정, \( \mathrm{mm} \)대역 5G 도입 전망 등을 고려해 '16년에 우선순위를 개정한 바 있다.</p><p>우리나라와 유사한 주파수 이용현황조사를 시행하고 있는 일본의 경우, 현황조사 결과에 대한 평가를 통해 매년 주파수 재편을 위한 계획을 수립하고 있다. 호주의 경우 매년 주파수 확보에 관한 5개년 계획을 발표하여 대역별 확보 업무의 우선순위를 정하고 있다.</p><p>그러나 앞서 언급한 국가의 경우, 일부 국가가 우선순위 평가를 위한 고려사항을 제시하고 있지만 구체적인 평가방법은 공개되어 있지 않다.</p>
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"미국의 무선 브로드밴드 주파수 \\( 500 \\mathrm{~MHz} \\) 폭 확보를 위해 추진하는 계획의 실천 방법이 뭐야?",
"영국이 추진하는 주파수 확보 방법은 뭐야?",
"어떤 주파수 확보 방법을 영국의 추진중이야?",
"전기통신사업의 경우 정책 시행을 위해 현황을 사전에 평가할 때 어떤 방법을 사용해?",
"일본의 경우 주파수 재편을 위해 어떻게 계획을 수립하고 있어?"
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인공물ED
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원칩형 PLC를 이용한 IT 기반 방재용 자동화시스템 개발에 관한 연구
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<h1>2. 기존의 방제용 자동화시스템 특성분석</h1> <p>최근 개발되어 시판되고 있는 대표적인 국내 · 외 재해 감지 방재용 자동화 제어시스템을 분석해보면 다음의 표 1과 같은 구조와 특성을 가진다. 아직은 초기 단계에 있는 방재용 자동화 제어시스템들은 표 1 의 분석 결과와 같이 아날로그 방식 또는 아날로그와 디지털 회로 조합의 시스템 설계에서 최근 원칩 마이크로프로세서를 이용한 원격 제어시스템 개발까지 활발히 연구되고 있다.</p> <table border><caption>표 1 기존의 방재용 자동화시스템의 주요 사양 및 특성</caption> <tbody><tr><td>구분</td><td>제품 소개</td><td>제어회로(MPU) 및 특성</td><td>비고(문제점)</td></tr><tr><td rowspan=2>국내</td><td>원격 경보 시스템</td><td><ul> <li>아날로그/디지털조합</li> <li>전기 화재, 누전 방지</li> <li>전송 응답속도 : \(17[\mathrm{s}]\)</li> <li>음성 신호 전송 기능</li></ul></td><td><ul> <li>저속도 출력응답</li> <li>시스템의 대용량</li></ul></td></tr><tr><td>원격 방범 호출기</td><td><ul> <li>\( 8 \mathrm{bit} \) 프로세서/아날로그</li> <li>Flash 메모리 : \( 1 \mathrm{kbyte} \)</li> <li>컴퓨터 인터페이스 지원</li> <li>적외선 RF 센서 내장</li></ul></td><td><ul> <li>단방향 통신</li> <li>저속 저 신뢰성</li> <li>유지보수 비효율</li></ul></td></tr><tr><td rowspan=2>국외</td><td>DTMF Remote Controller</td><td><ul> <li>\( 8 \mathrm{bit} \) 프로세서</li> <li>메모리(\( 2 \mathrm{kbyte} \)) 내장</li> <li>전송 응답 속도 : \( 12 [\mathrm{s}]\)</li> <li>소형, 휴대용</li></ul></td><td><ul> <li>조작의 난이성</li> <li>고가 판매</li> <li>유지보수 비효율</li></ul></td></tr><tr><td>Watch Dog System</td><td><ul> <li>\( 8 \mathrm{bit} \) 프로세서/아날로그</li> <li>양방향 통신망제어 가능</li> <li>음성저장, 전송기능내장</li> <li>고속 릴레이 내장</li></ul></td><td><ul> <li>국내 환경에서의 잦은 오동작</li> <li>고가, 보수 난이</li></ul></td></tr></tbody></table> <p>상기에서 소개된 개발 제품들은 대부분 고가로써 유지, 보수가 어려우며, 국내 환경조건과 일부 접목되지 않아 빈번한 오동작과 잦은 고장을 유발하고, 특히 시스템의 대형화와 중량으로 인해 기 설치된 시스템의 이설, 변경 시 제어기 설계 변경 및 하드웨어 구축이 곤란하여 설치된 각종 시스템들이 전면 교체되는 등 경제적 부담이 가중되고 있다. 이에 수요자들은 국내 환경에 적합한 소형이면서 신뢰성이 높은 제어시스템과 사용자 스스로가 직접 시스템을 유지보수 가능한 자동화 제어기를 요구하는 현실이다.</p>
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"방재용 자동화 제어시스템들은 어떻게 연구되고 있는가?",
"수요자들은 어떻게 제어 시스템과 자동화 제어기를 요구하는가?",
"원격 경보 시스템의 제어회로 및 특성은 무엇인가?",
"원격 경보 시스템의 문제점은 무엇인가?",
"원격 방범 호출기의 제어회로 및 특성은 무엇인가?",
"원격 방범 호출기의 문제점은 무엇인가?",
"DTMF Remote Controller의 제어회로 및 특성은 무엇인가?",
"DTMF Remote Controller의 문제점은 무엇인가?",
"Watch Dog System의 제어회로 및 특성은 무엇인가?",
"Watch Dog System의 문제점은 무엇인가?"
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인공물ED
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MNG 단일셀 메타매질 부하를 갖는 삼중대역 폴디드 모노폴 안테나 설계
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<h2>3. 안테나 설계 제작 및 실험</h2><p>앞에서는 본 논문에서 제안한 MNG metamaterial 모노폴 안테나에서 갭과 결합면적의 변화, 전송선로 길이, 단위셀의 길이에 따른 공진점, 반사손실 및 매칭의 개선정도에 대하여 분석하였다.</p><p>현재 우리나라에서는 \( 700 \mathrm{MHz} \) 대역을 UHD 방송 채널\( (698 \sim 710 \mathrm{MHz}, 753 \sim 771 \mathrm{MHz}) \), 재난망 통신(\(718 \sim 728 \mathrm{MHz}, 773 \sim 743 \mathrm{MHz} \) ), 무선통신대역(\(728 \sim 748 \mathrm{MHz}, 783 \sim 803 \mathrm{MHz} \) ) 으로 할당하였으며, WiFi 대역은 \( 2.4 \mathrm{GHz} \) 대역(\(2.4 \sim 2.4835 \mathrm{GHz} \) )과 \( 5 \mathrm{GHz} \) 대역(\(5.15 \sim 5.825 \mathrm{GHz} \) )을 할당하여 사용하고 있다. 향후 무선서비스에 대비하고, 상기 대역에서 동작하는 MNG Metamaterial 단위셀을 사용한 삼중대역 안테나를 설계 제작하여 실험을 하였다.</p><p>안테나 제작에 사용한 기판은 상대 유전율이 4.4 이고, 손실 탄젠트가 0.002 이고, 두께가 \( 0.8 \mathrm{~mm} \) 인 FR-4 이며, 제작된 안테나는 그림 9 와 같다.</p><p>앞에서 분석한 결과를 사용하여 최적의 안테나를 설계하였으며 설계한 안테나의 세부적인 설계사양은 표 2 와 같다. 안테나의 전체크기는 \( 100 \times 100 \mathrm{~mm^{2}} \) 접지영역 크기는 \( 100 \times 38 \mathrm{~mm^{2}} \) 이고, 방사부는 \( 100 \times 62 \mathrm{~mm^{2}} \) 로 제한 하였으며, MNG 단위 셀의 폭은 \( 14 \mathrm{~mm} \), 급전선은 \( 37 \mathrm{~mm} \) 로 제한 하였다.</p><p>제작한 안테나 특성 실험은 구미전자정보기술원이 보유하고 있는 ZVA40(Rohde \(\&\) Schwarz) 회로망 분석기와 OTA 방사패턴 측정기를 사용하여 제작한 안테나의 반사손실과 방사특성을 각각 실험하였으며, 실험결과는 그림 9 와 같으며, 안테나 측정항목에 대한 이론값과 실험값의 비교를 표 3 에 제시하였다.</p><p>그림 10은 제작한 안테나의 반사손실과 \( 750 \mathrm{MHz} \) 와 \( 2.45 \mathrm{GHz} \) 와 \( 5.5 \mathrm{GHz} \) 에서 방사패턴을 이론값과 실험값을 비교하였다. 반사손실 결과로부터 첫 번째, 두 번째와 세 번째의 공진점은 이론값과 실험값은 동일함을 확인하였다. 실험결과 첫 번째 공진점에서 \( 10 \mathrm{~dB} \) 대역폭과 이득은 각각 \( 309 \mathrm{MHz}(41.2 \%), 5.298 \mathrm{~dB} \) 이며, 두 번째 공진점에서 \( 10 \mathrm{~dB} \) 대역폭과 이득은 각각 \( 821.9 \mathrm{MHz}(33.5 \%\, 2.7840 \mathrm{~dB} \) 이며, 세 번째 공진점에서 \( 10 \mathrm{~dB} \) 대역폭과 이득은 각각 \( 1.1314 \mathrm{GHz}(20.6 \%), 2.9484 \mathrm{~dB} \) 이다.</p><table border><caption>표3. 제안한 MNZ metamaterial 모노폴 안테나의 이론 및실험값</caption><tbody><tr><td>Frequency</td><td>Item</td><td>Theory value</td><td>Experiment value</td></tr><tr><td rowspan = "4">0.75\( (\mathrm{GHz}) \)</td><td>Band width</td><td>\( 0.6875\sim0.8114 \mathrm{GHz} \) \( 0.1239 \mathrm{GHz}(16.5 \%) \)</td><td>\( 0.6875\sim0.9965 \mathrm{GHz} \) \( 0.3090 \mathrm{GHz}(41.2 \%) \)</td></tr><tr><td>Gain</td><td>\( 2.2782 \mathrm{~dB} \)</td><td>\( 5.298 \mathrm{~dB} \)</td></tr><tr><td>Directivity</td><td>\( 3.9036 \mathrm{~dB} \)</td><td>\(3.1859 \mathrm{~dB} \)</td></tr><tr><td>Efficiency</td><td>\( 6.1818 \mathrm{~dB} \)</td><td>\( 2.01251\mathrm{~dB} \)</td></tr><tr><td rowspan="4">2.45\( (\mathrm{GHz}) \)</td><td>Band width</td><td>\( 2.0270\sim2.7661 \mathrm{GHz} \) \( 0.7391 \mathrm{GHz}(30.2 \%) \)</td></td><td>\( 2.0425\sim2.8644 \mathrm{GHz} \) \( 0.8219 \mathrm{GHz}(33.5 \%) \)</td></td></tr><tr><td>Gain</td><td>\( 4.0668 \mathrm{~dB} \)</td><td>\( 2.7840 \mathrm{~dB} \)</td></tr><tr><td>Directivity</td><td>\(4.306\mathrm{~dB} \)</td><td>\( 4.15266 \mathrm{~dB} \)</td></tr><tr><td>Efficiency</td><td>\( -0.2384 \mathrm{~dB} \)</td><td>\(-1.36866 \mathrm{~dB} \)</td></tr><tr><td rowspan="4">5.5\( (\mathrm{GHz}) \)</td><td>Band width</td><td>\( 4.6862\sim5.9847 \mathrm{GHz} \) \( 1.2985 \mathrm{GHz}(23.6 \%) \)</td></td><td>\( 4.4974\sim5.6288 \mathrm{GHz} \) \( 1.1314 \mathrm{GHz}(20.6 \%) \)</td></td></tr><tr><td>Gain</td><td>\( 4.3468 \mathrm{~dB} \)</td><td>\( 2.9484 \mathrm{~dB} \)</td></tr><tr><td>Directivity</td><td>\( 4.5411 \mathrm{~dB} \)</td><td>\( 6.19874 \mathrm{~dB} \)</td></tr><tr><td>Efficiency</td><td>\( -0.1943 \mathrm{~dB} \)</td><td>\( -1.1472 \mathrm{~dB} \)</td></tr></tbody></table><p>제작한 안테나의 이론값과 실험값의 오차는 대역폭의 경우 \( 750 \mathrm{MHz} \) 에서 대역폭과 안테나 이득은 \( 185.1 \mathrm{MHz} \), \( 0.9 \mathrm{~dB} \) 이며, \( 2.45 \mathrm{GHz} \) 에서 이득과 대역폭은 \( 82.8 \mathrm{MHz} \) 와 \( 1.28 \mathrm{~dB} \) 이며, \( 5.5 \mathrm{GHz} \) 에서 이득과 대역폭은 \( 167.1 \mathrm{MHz} \) 와 \( 1.362 \mathrm{~dB} \) 으로 나타났다. 이러한 오차가 발생한 것은 케이블 및 실험측정상의 오차로 인한 결과로 사료된다.</p><p>방사패턴은 대체적으로 전방향 특성을 가지고 있으며, \( 0.75 \mathrm{GHz} \) 와 \( 2.45 \mathrm{GHz} \) 에서는 측면보다 전방향과 후방향으로 방사특성이 양호하며, \( 5.5 \mathrm{GHz} \) 에서는 다중로브를 갖는 방사패턴을 갖음을 확인하였다. 따라서 본 논문에서 제시한 MZR metamaterisal 단일 셀을 폴디드 모노폴 안테나에 적용함으로써 삼중대역의 안테나 설계가 용이함을 확인할 수 있었다.</p>
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"MNG metamaterial 모노폴 안테나의 분석내용은 무엇인가?",
"안테나 제작에 사용된 기판은 무엇인가?",
"제작한 안테나 특성 실험은 무엇을 측정하기 위한 실험인가?",
"무엇을 측정하기 위해 제작한 안테나 특성 실험을 할까?",
"안테나를 설계의 세부사양은 어떻게 제한하였나?",
"어떻게 안테나를 설계의 세부사양을 제한했지?",
"제작한 안테나 특성은 무엇을 사용하여 실험 하였나?",
"무엇을 사용하여 제작한 안테나 특성을 실험했나?",
"실험결과 첫 번째 공진점에서 \\( 10 \\mathrm{~dB} \\) 대역폭과 이득은 각각 얼마인가?",
"우리나라의 \\( 700 \\mathrm{MHz} \\) 대역에 할당된 채널들은 무엇이 있는가?",
"우리나라의 Wi-Fi대역은 어떻게 할당되었나?",
"어떻게 우리나라의 Wi-Fi대역이 할당되었지?",
"반사손실 결과는 무엇인가?",
"실험결과 세 번째 공진점에서 \\( 10 \\mathrm{~dB} \\) 대역폭과 이득은 각각 얼마인가?",
"\\( 821.9 \\mathrm{MHz}(33.5 \\%\\, 2.7840 \\mathrm{~dB} \\)의 대역폭과 이득을 나타내는것은 몇번째 공진점에서의 실험 결과인가?",
"\\( 82.8 \\mathrm{MHz} \\) 와 \\( 1.28 \\mathrm{~dB} \\)은 무엇의 실험값인가?",
"\\( 167.1 \\mathrm{MHz} \\) 와 \\( 1.362 \\mathrm{~dB} \\)은 어떤 대역의 실험 결과값인가?",
"제작한 안테나의 이론값과 실험값의 오차가 발생한 이유는 무엇인가?",
"방사패턴의 대체적으로 어떤 특성을 가지는가?",
"방사패턴은 \\( 0.75 \\mathrm{GHz} \\) 와 \\( 2.45 \\mathrm{GHz} \\) 에서는 어느 방향으로 방사특성이 더 양호한가?",
"\\( 5.5 \\mathrm{GHz} \\) 에서는 어떤 피턴을 갖는가?",
"삼중대역 안테나의 동작 단위는 무엇인가?",
"삼중대역 안테나는 무엇에 대비하여 설계 제작되었나?",
"따라서 본 논문에서 제시한 MZR metamaterisal 단일 셀을 폴디드 모노폴 안테나에 적용함으로써 확인가능한것은 무엇인가?",
"MZR metamaterisal 단일 셀을 무슨 안테나에 적용하여 실험 하였는가?",
"\\( 750 \\mathrm{MHz} \\) 에서 대역폭과 안테나 이득은 각각 얼마인가?",
"주파수2.45 GHz에서 Gain의 Theory value는 얼마인가?",
"주파수 5.5 GHz에서 Dkrectivity의 Theory value는 얼마인가?",
"주파수 5.5 GHz에서 Band Width의 Experiment value는 얼마인가?",
"주파수 0.75 GHz에서 Efficiency의 Theory value는 얼마인가?",
"주파수 2.45 GHz에서 Band Width의 Experiment value는 얼마인가?",
"주파수 0.75 GHz에서 Band width의 Theory value는 얼마인가?",
"주파수 0.75 GHz에서 Efficiency의 Experiment value는 얼마인가?",
"주파수 2.45 GHz에서 Efficiency의 Theory value는 얼마인가?"
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인공물ED
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MNG 단일셀 메타매질 부하를 갖는 삼중대역 폴디드 모노폴 안테나 설계
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<h1>요 약</h1><p>본 논문에서는MNR(Mu-negative) Metamaterial 단일 셀을 사용하여 \( 700 \mathrm{MHz} \) UHD 방송 대역과 \( 2.45 \mathrm{GHz} / 5 \mathrm{GHz} \) WiFi 대역에서 동작하는 삼중대역 폴디드 모노폴 안테나 설계에 관하여 연구하였다. MNG metamaterial 단일 셀이 MZR (Mu zero resonator)에서 동작하도록 안테나 기판 뒷면에 커패시터를 형성하고, 스트립선로와 비아홀을 통해서 접지면과 연결하여 구현하였다. 이를 통해서 \( 700 \mathrm{MHz} \) 대역에서 영차모드에서 공진하도록 공진점을 제어할 수 있고, 대역폭을 개선할 수 있다. 최종적으로 \( 700 \mathrm{MHz} \) UHD 방송 대역과 \( 2.45 \mathrm{GHz} / 5 \mathrm{GHz} \) WiFi 대역에서 동작하는 안테나를 구현하였다. 설계 제작한 안테나의 크기는 \( 100 \times 100 \mathrm{~mm} \) 이고, 실험 결과 첫 번째 공진점에서 \( 10 \mathrm{~dB} \) 대역폭과 이득은 각각 \( 309 \mathrm{MHz}(41.2 \%), 5.298 \mathrm{~dB} \) 이며, 두 번째 공진점에서 \( 10 \mathrm{~dB} \) 대역폭과 이득은 각각 \( 821.9 \mathrm{MHz}(33.5 \%), 2.7840 \mathrm{~dB} \) 이며, 세번째 공진점에서 \( 10 \mathrm{~dB} \) 대역폭과 이득은 각각 \( 1.1314 \mathrm{GHz}(20.6 \%), 2.9484 \mathrm{~dB} \) 의 결과를 확인하였다. 안테나의 공진주파수는 이론과 실험이 일치함을 확인하였다. 그리고 방사패턴은 대체적으로 전방향 특성을 가지고 있으며, \( 0.75 \mathrm{GHz} \) 와 \( 2.45 \mathrm{GHz} \) 에서는 측면보다 전방향과 후방향으로 방사특성이 양호하며, \( 5.5 \mathrm{GHz} \) 에서는 다중로브를 갖는 방사패턴 특성을 확인하였다</p>
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"방사패턴은 대체적으로 전방향 특성을 가지고 있는가?",
"안테나 기판 뒷면에 커패시터를 만들어 MNG 단일셀이 MZR에서 작동할 수 있게 했는가?",
"본 논문에서는 \\( 100 \\times 100 \\mathrm{~mm} \\) 크기의 안테나를 만들었는가?",
"\\( 10 \\mathrm{~dB} \\) 대역폭은 \\( 309 \\mathrm{MHz}\\)이고, 이득은 \\(5.298 \\mathrm{~dB} \\) 인데 이는 첫 번째 공진점에서의 값인가?",
"MZR은 Mu zone resonator의 줄임말인가?",
"본 논문에서 구현한 UHD와 WiFi 대역에서 작동하는 안테나의 공진주파수는 이론과 실험이 일치했는가?",
"어떤 로브가 \\( 5.5 \\mathrm{GHz} \\) 에서 방사패턴 특징을 가지는가?",
"전방향과 후방향으로 향하는 방사특성은 \\( 0.75 \\mathrm{GHz} \\) 와 \\( 2.45 \\mathrm{GHz} \\) 에서 어떤 방향보다 양호함을 보였는가?",
"MNR은 Mu-negative의 약자인가?",
"\\( 10 \\mathrm{~dB} \\) 대역폭은 두 번째 공진점에서 \\( 821.9 \\mathrm{MHz}\\)를 나타냈는가?",
"본 실험을 통해 방사패턴의 어떠한 특성을 확인할 수 있었는가?"
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인공물ED
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MNG 단일셀 메타매질 부하를 갖는 삼중대역 폴디드 모노폴 안테나 설계
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<h2>2. MNG 단위 셀을 갖는 폴디드 모노폴 안테나</h2><p>\( 700 \mathrm{MHz}\) UHD 대역과 \( 2.45 \mathrm{GHz} / 5 \mathrm{GHz} \) WiFi 대역에서 공진하는 3 중대역 안테나는 MNG 단위셀을 갖는 폴디드 모노폴 안테나 MZR 공진기의 설계에 기반하였다.</p><p>그림 2 는 본 논문에서 제안한 MNG 단일 셀을 갖는 폴디드 모노폴 안테나 구조이다. 그림 2(b)-(c)는 폴디드 모노폴 안테나의 세부구조이며, 그림 2(d) 는 MNG TL-MTM 단위셀을 보여주고 있다. 안테나는 MNG 단일 셀과 스터브로 구성하고 있으며, 세부 크기는 표 1 과 같다.</p><table border><caption>표 1. MNG 단일셀을 갖는 폴디드 모노폴 안테나의 세부크기(단위 : \(\mathrm{mm}\))</caption><tbody><tr><td>\(W\)</td><td>100</td><td>\( L_{1} \)</td><td>37</td></tr><tr><td>\( L_{2} \)</td><td>75</td><td>\(CL\)</td><td>9</td></tr><tr><td>\(CW\)</td><td>10</td><td>\( B L_{1} \)</td><td>31</td></tr><tr><td>\( B L_{2} \)</td><td>7.5</td><td>\(BW\)</td><td>1</td></tr><tr><td>\( S_{1} \)</td><td>7</td><td>\( S_{2} \)</td><td>6</td></tr><tr><td>\( S_{3} \)</td><td>1</td><td>\( d_{0} \)</td><td>9</td></tr><tr><td>\( d_{finger} \)</td><td>15</td><td>\( G \)</td><td>0.9</td></tr><tr><td>\( W_{0} \)</td><td>14</td></tr></tbody></table><p>그림 3은 본 논문에서 제시한 안테나 구조의 MNG TL-MTM 단위셀의 등가회로이며, 폴디드 구조가 되도록 형성함으로써 낮은 주파수에서 공진하고, 대역폭이 넓어지는 특성을 얻을 수 있다. 그림 1 의 구조에서 MZR 은 비대칭이 되도록 형성하였고, 그림 3 에서 \( C_{1} \) 는 스트립선로의 MZR의 스트립과 스트립 사이에 발생하는 직렬 커패시턴스이며, \( L_{01} \) 은 MZR 의 접지면에서 형성된 병렬 인턴턴스이고, \( L_{02} \) 는 기판 뒷면에 접지면에 연결되 스트립 선로와 비아에 의한 인덕턴스이며, \( C_{2} \) 는 MNG 의 선로와 기판뒷면에 있는 금속도체 간에 발생한 커패시턴스이다.</p><p>본 연구에서 제안한 안테나는 상대유전율 \( \varepsilon_{r}=4.4 \), 손실 타젠트 \( \tan \delta=0.016 \), 두께가 \( 0.8 \mathrm{~mm} \) 인 FR4 기판을 사용하였다. 안테나 급전은 CPW 를 사용하였으며, 그 길이는 \( 37 \mathrm{~mm} \) 이다. 그림 4 는 모노폴 안테나와 MZR 단위셀을 갖는 폴디드 모노폴 안테나와의 반사손실 비교한 것이다. 그림 4 에서 모노폴 안테나는 \( 2.013 \mathrm{GHz} \), \( 3.650 \mathrm{GHz}, 5.335 \mathrm{GHz} \) 에서 공진하고 있으며, 반면에 MZR 단위셀을 갖은 폴디드 모노폴 MTM 부하 안테나는 \( 0.707 \mathrm{GHz}, 2.379 \mathrm{GHz}, 3.601 \mathrm{GHz}, 5.287 \mathrm{GHz} \) 에서 공진함을 확인할 수 있다. 따라서 MZR 단위 셀을 갖는 폴디드 모노폴 MTM 안테나의 MZR 공진점은 \( 0.707 \mathrm{GHz} \) 에서 동작하며, \( 2.4 \mathrm{GHz} / 5 \mathrm{GHz} \) 대역은 모노폴 안테나 구조로 동작함을 알 수 있다. 따라서 모노폴 구조를 사용함으로써 UHD, \( 2.4 \mathrm{GHz} / 5 \mathrm{GHz} \) 무선 대역에서 동작하는 3 중 대역 안테나를 구현 할 수 있음을 확인할 수 있다.</p><p>제안한 안테나의 특성 변화는 그림 1(d)에서 모노폴 단일 셀의 \( C_{1} \) 에 영향을 주는 \( G, S_{2} \) 폭의 넓이와 길이 \( d_{\text {finger }} \) 와, \( \mathrm{MNG} \) 단일 셀 전송선로 길이 \( d_{0} \) 와 스터브의 길이에 대한 모노폴 안테나의 반사손실에 대하여 분석하였다. 안테나의 접지면은 \( 100 \times 37 \mathrm{~mm^{2}} \)이고, 방사부는 \( 100 \times 75 \mathrm{~mm^{2}} \)이다.</p><p>그림 5 는MNG 단위셀에서 \( C_{1} \) 에 영향을 주는 G 의 간격을 \( 0.3 \mathrm{~mm}, 0.7 \mathrm{~mm}, 1.3 \mathrm{~mm} \) 으로 변경하였을 경우에 반사손실특성이다. 간격이 증가함에 따라서 길이가 증가함에 따라서 모든 공진점의 주파수가 높아짐을 나타내고 있다. 첫 번째의 경우에는 간격이 넓어지면서 커패시턴스가 작아지면서 MNG단위 셀의 공진주파수가 높아지게 되고, 두 번째와 세 번째의 공진점은 안테나의 리액턴스가 변함에 따라서 공진주파수가 높아지게 되며, 반사손실이 향상됨을 확인하였다.</p><p>그림 5 는 \( S_{2} \) 폭을 \( 1 \mathrm{~mm}, 7 \mathrm{~mm}, 13 \mathrm{~mm} \) 일 때 두번째 공진점의 변화폭이 최대 \( 320 \mathrm{MHz} \) 낮아졌다. 반면에 첫 번째 공진점과 세 번째 공진점의 변화는 매우 적다. 따라서 MNG 단위셀의 \( C_{1} \) 에 의해서 안테나의 공진주파수가 매우 민감하게 변화됨을 확인할 수 있었다.</p><p>그림 7은 \( d_{\text {finger }} \) 의 길이를 증가함에 따른 안테나의 반사손실이다. \( d_{\text {finger }} \) 가 \( 5 \mathrm{~mm} \) 증가하면 첫 번째 공진주파수는 \( 120 \mathrm{MHz} \), 두번째 공진주파수는 \( 475 \mathrm{MHz} \), 세번째 공진주파수는 \( 650 \mathrm{MHz} \) 변화됨을 확인하였다. 이것은 안테나 전체 길이가 증가함으로써 공진주파수가 변함을 나타내고 있다.</p><p>그림 8 은 MNG 단위 셀의 스트립선로의 길이 \( d_{0} \) 에 따른 안테나의 반사손실을 보여주고 있다. 길이 \( d_{0} \) 를 증가함으로써 모든 공진점은 낮은 주파수로 이동하였으며, 이것은 안테나의 크기가 증가에 의한 것이다. 특히 \( d_{0} \) 의 길이를 \( 5 \mathrm{~mm} \) 증가시키면 첫 번째와 두 번째 공진주파수가 낮은 주파수로 약 \( 100 \mathrm{MHz} \) 이동하였으며, 세 번째 공진주파수는 약 \( 300 \mathrm{MHz} \) 이동함을 확인할 수 있다.</p>
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"\\( 700 \\mathrm{MHz}\\) UHD 대역과 \\( 2.45 \\mathrm{GHz} / 5 \\mathrm{GHz} \\) WiFi 대역에서 공진하는 3 중대역 안테나가 기반한 폴디드 모노폴 안테나 MZR 공진기의 설계는 어떤 단위셀을 갖는가?",
"본 논문에서는 MNG 단일 셀을 갖는 무엇을 제안하였는가?",
"\\( 700 \\mathrm{MHz}\\) UHD 대역과 \\( 2.45 \\mathrm{GHz} / 5 \\mathrm{GHz} \\) WiFi 대역에서 공진하는 3 중대역 안테나는 무엇에 기반하였는가?",
"그림 2(d) 는 무엇의 단위셀을 보여주고 있는가?",
"MNG 단위셀을 갖는 폴디드 모노폴 안테나 MZR 공진기의 설계에 기반한 3 중대역 안테나는 어떤 대역에서 공진하는가?",
"안테나는 무엇으로 구성하고 있는가?",
"그림 2(b)-(c)는 무엇의 세부구조를 나타냈는가?",
"본 논문에서 무엇을 갖는 폴디드 모노폴 안테나 구조를 제안하였는가?",
"MNG 단일 셀과 스터브로 구성된 것은 무엇인가?",
"MNG 단일셀을 갖는 폴디드 모노폴 안테나의 \\(W\\)의 크기는 얼마인가?",
"MNG 단일셀을 갖는 폴디드 모노폴 안테나의 \\( L_{1} \\)의 크기는 얼마인가?",
"MNG 단일셀을 갖는 폴디드 모노폴 안테나의 \\( L_{2} \\)의 크기는 얼마인가?",
"MNG 단일셀을 갖는 폴디드 모노폴 안테나의 \\(CL\\)의 크기는 얼마인가?",
"MNG 단일셀을 갖는 폴디드 모노폴 안테나의 \\(CW\\)의 크기는 얼마인가?",
"MNG 단일셀을 갖는 폴디드 모노폴 안테나의 \\( B L_{1} \\)의 크기는 얼마인가?",
"MNG 단일셀을 갖는 폴디드 모노폴 안테나의 \\( B L_{2} \\)의 크기는 얼마인가?",
"MNG 단일셀을 갖는 폴디드 모노폴 안테나의 \\(BW\\)의 크기는 얼마인가?",
"MNG 단일셀을 갖는 폴디드 모노폴 안테나의 \\( S_{1} \\)의 크기는 얼마인가?",
"MNG 단일셀을 갖는 폴디드 모노폴 안테나의 \\( S_{2} \\)의 크기는 얼마인가?",
"MNG 단일셀을 갖는 폴디드 모노폴 안테나의 \\( S_{3} \\)의 크기는 얼마인가?",
"MNG 단일셀을 갖는 폴디드 모노폴 안테나의 \\( d_{0} \\)의 크기는 얼마인가?",
"MNG 단일셀을 갖는 폴디드 모노폴 안테나의 \\( d_{finger} \\)의 크기는 얼마인가?",
"MNG 단일셀을 갖는 폴디드 모노폴 안테나의 \\( G \\)의 크기는 얼마인가?",
"MNG 단일셀을 갖는 폴디드 모노폴 안테나의 \\( W_{0} \\)의 크기는 얼마인가?",
"MNG 단일셀을 갖는 폴디드 모노폴 안테나의 세부크기의 단위는 \\(\\mathrm{mm}\\)가 맞는가?",
"표 1에서 나타난 MNG 단일셀을 갖는 폴디드 모노폴 안테나의 세부크기의 단위는 무엇인가?",
"\\(BW\\)와 \\( S_{3} \\)은 같은 값을 갖는가?",
"\\( d_{finger} \\) 값은 \\( W_{0} \\)의 값보다 작은가?",
"\\( L_{2} \\)의 값은 \\( B L_{1} \\)의 값의 두 배보다 큰가?",
"그림 3은 본 논문에서 제시한 안테나 구조의 MNG TL-MTM 단위셀의 무엇을 나타낸 것인가?",
"그림 3은 본 논문에서 제시한 안테나 구조의 무엇의 등가회로를 나타낸 것인가?",
"본 논문에서 제시한 안테나 구조의 MNG TL-MTM 단위셀의 등가회로는 무엇이 되도록 형성하여 낮은 주파수에서 공진하고, 대역폭이 넓어지는 특성을 얻었는가?",
"폴디드 구조가 되도록 형성함으로써 무엇에서 공진하게 되는가?",
"낮은 주파수에서 공진하기 위해서는 어떤 구조를 가져야 하는가?",
"폴디드 구조가 되도록 형성하면 무엇이 넓어지는 특성을 얻을 수 있는가?",
"안테나 구조의 MNG TL-MTM 단위셀의 등가회로가 폴디드 구조가 되도록 형성하면 얻을 수 있는 특성은 무엇인가?",
"그림 1 의 구조에서 MZR을 무엇이 되도록 형성하였는가?",
"그림 3 에서 \\( C_{1} \\) 는 스트립선로의 MZR의 스트립과 스트립 사이에 발생하는 무엇을 나타낸 것인가?",
"그림 3 에서 스트립선로의 MZR의 스트립과 스트립 사이에 발생하는 직렬 커패시턴스를 무엇으로 표현하였는가?",
"그림 3 에서 \\( C_{1} \\) 는 무엇과 무엇 사이에 발생하는 직렬 커패시턴스인가?",
"그림 1 의 구조에서 비대칭이 되도록 형성한 것은 무엇인가?",
"병렬 인턴턴스를 나타낸 \\( L_{01} \\) 은 무엇에서 형성되었는가?",
"MZR 의 접지면에서 형성된 병렬 인턴턴스를 나타낸 것은 무엇인가?",
"\\( L_{01} \\) 은 MZR 의 접지면에서 형성된 무엇인가?",
"\\( L_{02} \\) 는 기판 뒷면에 접지면에 연결되 스트립 선로와 무엇에 의한 인덕턴스인가?",
"\\( L_{02} \\) 는 무엇과 연결된 스트립 선로와 비아에 의한 인덕턴스인가?",
"기판 뒷면에 접지면에 연결되 스트립 선로와 비아에 의한 인덕턴스는 무엇으로 표현되는가?",
"\\( L_{02} \\) 는 무엇과 무엇에 의한 인덕턴스인가?",
"\\( L_{02} \\) 는 무엇인가?",
"MNG 의 선로와 기판뒷면에 있는 금속도체 간에 발생한 커패시턴스는 무엇으로 표현되는가?",
"\\( C_{2} \\) 는 무엇과 기판뒷면에 있는 금속도체 간에 발생한 커패시턴스인가?",
"\\( C_{2} \\) 는 MNG 의 선로와 어디에 있는 금속도체 간에 발생한 커패시턴스인가?",
"\\( C_{2} \\) 는 무엇과 무엇 간에 발생한 커패시턴스를 의미하는가?",
"본 연구에서 제안한 안테나에서 사용한 기판의 상대유전율은 얼마인가?",
"본 연구에서 제안한 안테나에서 사용한 기판의 손실타젠트는 얼마인가?",
"본 연구에서 제안한 안테나에서 사용한 기판의 두께는 얼마인가?",
"본 연구에서 제안한 안테나에 사용된 기판은 어떤 기판인가?",
"본 연구에서 제안한 안테나가 사용한 기판의 두께는 \\( 1 \\mathrm{~mm} \\) 보다 작은가?",
"안테나 급전은 무엇을 사용하였는가?",
"무엇으로 안테나 급전을 이용하지?",
"CPW 를 사용한 안테나 급전의 길이는 얼마인가?",
"그림 4 는 모노폴 안테나와 MZR 단위셀을 갖는 폴디드 모노폴 안테나와의 무엇을 비교한 것인가?",
"그림 4 는 무엇과 무엇의 반사손실을 비교한 것인가?",
"그림 4 에서 모노폴 안테나는 몇 \\(\\mathrm{GHz}\\)에서 공진하고 있는가?",
"그림 4 에서 폴디드 모노폴 MTM 부하 안테나는 몇 \\(\\mathrm{GHz}\\)에서 공진하고 있는가?",
"폴디드 모노폴 MTM 부하 안테나가 공진하지 않는 \\(\\mathrm{GHz} \\)는 무엇인가?",
"MZR 단위 셀을 갖는 폴디드 모노폴 MTM 안테나의 MZR 공진점은 얼마에서 동작하는가?",
"\\( 2.4 \\mathrm{GHz} / 5 \\mathrm{GHz} \\) 대역은 어떤 구조로 동작하는가?",
"모노폴 안테나 구조로 동작하는 대역은 무엇인가?",
"모노폴 구조를 사용함으로써 무엇을 구현 할 수 있는가?",
"3 중 대역 안테나는 무엇을 사용하여 구현 할 수 있는가?",
"3 중 대역 안테나가 동작하는 대역은 무엇인가?",
"어떤 대역에서 3 중 대역 안테나가 작동하지?",
"\\( G, S_{2} \\) 폭의 넓이와 길이 \\( d_{\\text {finger }} \\) 는 무엇에 영향을 주는가?",
"제안한 안테나의 특성 변화는 무엇에 대해 분석하였는가?",
"안테나의 접지면의 크기는 얼마인가?",
"안테나의 방사부의 크기는 얼마인가?",
"안테나의 방사부가 얼마나 큰가요?",
"\\( 100 \\times 37 \\mathrm{~mm^{2}} \\)의 크기를 갖는 것은 안테나의 어느 부분인가?",
"\\( 100 \\times 75 \\mathrm{~mm^{2}} \\)의 크기를 갖는 것은 안테나의 어느 부분인가?",
"그림 5 는MNG 단위셀에서 \\( C_{1} \\) 에 영향을 주는 G 의 간격을 \\( 0.3 \\mathrm{~mm}, 0.7 \\mathrm{~mm}, 1.3 \\mathrm{~mm} \\) 으로 변경하였을 경우에 무엇을 나타낸 것인가?",
"G 의 간격을 변경하였을 때 무엇에 영향을 주는가?",
"G 의 간격을 변경함에 따른 영향은 무엇일까?",
"그림 5 는MNG 단위셀에서 \\( C_{1} \\) 에 영향을 주는 G 의 간격을 각각 얼마로 변경하였을 경우의 반사손실특성을 나타냈는가?",
"그림 5 는 무엇의 간격을 변경했을 경우의 반사손실특성인가?",
"간격이 증가함에 따라서 공진점의 주파수는 어떻게 되는가?",
"길이가 증가함에 따라서 모든 공진점의 주파수는 어떻게 되는가?",
"간격이 증가함에 따라서 길이가 증가함에 따라서 일부 공진점의 주파수만 높아지는가?",
"첫 번째의 경우에 무엇이 넓어지면서 커패시턴스가 작아지는가?",
"첫 번째의 경우에는 간격이 넓어지면서 무엇이 작아지는가?",
"첫 번째의 경우에는 간격이 넓어지면서 커패시턴스가 작아지면서 MNG단위 셀의 무엇이 높아지게 되는가?",
"두 번째와 세 번째의 공진점은 무엇이 변함에 따라 공진주파수가 높아지는가?",
"두 번째와 세 번째의 공진점은 안테나의 리액턴스가 변함에 따라서 무엇이 향상되는가?",
"그림 5 는 \\( S_{2} \\) 폭을 \\( 1 \\mathrm{~mm}, 7 \\mathrm{~mm}, 13 \\mathrm{~mm} \\) 일 때 두번째 공진점의 변화폭이 최대 얼마나 낮아졌는가?",
"\\( S_{2} \\) 폭을 \\( 1 \\mathrm{~mm}, 7 \\mathrm{~mm}, 13 \\mathrm{~mm} \\) 일 때 두번째 공진점의 무엇이 최대 \\( 320 \\mathrm{MHz} \\) 낮아졌는가?",
"두번째 공진점의 변화폭이 최대 \\( 320 \\mathrm{MHz} \\) 낮아졌을 때 \\( S_{2} \\) 폭을 얼마로 설정하였는가?",
"\\( S_{2} \\) 폭을 \\( 1 \\mathrm{~mm}, 7 \\mathrm{~mm}, 13 \\mathrm{~mm} \\) 일 때 첫 번째 공진점과 세 번째 공진점의 변화는 크게 나타났는가?",
"안테나의 공진주파수는 MNG 단위셀의 무엇에 민감하게 반응하는가?",
"MNG 단위셀의 \\( C_{1} \\) 에 의해서 민감하게 변화하는 것은 무엇인가?",
"그림 7은 무엇의 길이를 증가함에 따른 안테나의 반사손실인가?",
"그림 7은 \\( d_{\\text {finger }} \\) 의 길이를 증가함에 따른 무엇을 나타낸 것인가?",
"\\( d_{\\text {finger }} \\) 가 \\( 5 \\mathrm{~mm} \\) 증가하면 첫 번째 공진주파수는 얼마나 변화하였는가?",
"\\( d_{\\text {finger }} \\) 가 \\( 5 \\mathrm{~mm} \\) 증가하면 두번째 공진주파수는 얼마나 변화하였는가?",
"\\( d_{\\text {finger }} \\) 가 \\( 5 \\mathrm{~mm} \\) 증가하면 세 번째 공진주파수는 얼마나 변화하였는가?",
"\\( d_{\\text {finger }} \\) 가 얼마나 증가해야 첫 번째 공진주파수가 \\( 120 \\mathrm{MHz} \\)만큼 변화하는가?",
"\\( d_{\\text {finger }} \\) 가 \\( 5 \\mathrm{~mm} \\) 증가하면 첫 번째 공진주파수의 변화량은 세번째 공진주파수의 변화량보다 큰가?",
"\\( d_{\\text {finger }} \\) 가 \\( 5 \\mathrm{~mm} \\) 증가하면 두번째 공진주파수의 변화량은 세번째 공진주파수의 변화량보다 작은가?",
"안테나 전체 길이가 증가함으로써 무엇이 변하는가?",
"그림 8 은 MNG 단위 셀의 무엇에 따른 안테나의 반사손실을 보여주는가?",
"공진점이 낮은 주파수로 이동하기 위해서는 길이 \\( d_{0} \\)을 어떻게 변화해야 하는가?",
"길이 \\( d_{0} \\) 를 증가함으로써 무엇이 낮은 주파수로 이동하는가?",
"길이 \\( d_{0} \\) 를 증가함으로써 모든 공진점은 무엇으로 이동하는가?",
"길이 \\( d_{0} \\) 를 증가함으로써 모든 공진점은 낮은 주파수로 이동하는 것은 무엇이 증가하는 것이 원인인가?",
"길이 \\( d_{0} \\)와 안테나의 크기는 반비례하는가?",
"\\( d_{0} \\) 의 길이를 \\( 5 \\mathrm{~mm} \\) 증가시키면 첫 번째와 두 번째 공진주파수가 낮은 주파수로 약 얼마만큼 이동하는가?",
"\\( d_{0} \\) 의 길이를 \\( 5 \\mathrm{~mm} \\) 증가시키면 세 번째 공진주파수는 약 얼마나 이동하는가?",
"\\( d_{0} \\) 의 길이를 얼마나 증가시키면 첫 번째와 두 번째 공진주파수가 낮은 주파수로 약 \\( 100 \\mathrm{MHz} \\) 이동하는가?",
"\\( d_{0} \\) 의 길이를 얼마나 증가시켜야 세 번째 공진주파수가 약 \\( 300 \\mathrm{MHz} \\) 이동하는가?",
"MNG 단일셀을 갖는 폴디드 모노폴 안테나의 세부크기 중 1mm 미만의 크기를 갖는 것은 무엇인가?",
"MNG 단일셀을 갖는 폴디드 모노폴 안테나의 세부구조인 \\( S_{3} \\)과 크기가 같은 구조는 무엇인가?",
"MNG 단일셀을 갖는 폴디드 모노폴 안테나의 세부구조의 크기 중 \\(CL\\)의 크기와 \\( S_{3} \\)의 크기를 더했을 때 같은 크기인 것은 무엇인가?",
"G의 간격을 \\( 0.3 \\mathrm{~mm}\\)로 변경하였을 때 어떻게 MNG단위 셀의 공진주파수가 높아지게 되는가?"
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인공물ED
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MNG 단일셀 메타매질 부하를 갖는 삼중대역 폴디드 모노폴 안테나 설계
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<h1>I. 서론</h1><p>무선을 이용한 정보서비스는 다양화를 추구하면서 무선 주파수 이용범위는 확대되고 있으며, 무선시스템은 높은 데이터 전송과 신뢰성을 추구할 것으로 예상하고 있다. 현재 우리나라는 UHD 서비스를 위해 주파수를 \( 700 \mathrm{MHz} \) 대역에 할당하였으며, 근거리무선통신망인 WiFi 는 \( 2.5 \mathrm{GHz} \) 대역과 \( 5 \mathrm{GHz} \) 대역을 할당하여 현재 이들 서비스를 하고 있다. 따라서 이들의 안테나를 소형으로 구현의 필요성이 제기되고 있다.</p><p>단일 기판에 안테나를 쉽게 제작 및 성형을 할 수 있는 장점을 가진 평면 모노폴 구조는 넓은 대역 특성과 다중대역 특성을 갖고 있음으로 안테나 구현이 용이하여 널리 사용되고 있다. 이러한 특성을 갖는 안테나는 여러 개의 스트립 선을 사용해서 다중밴드에서 동작하도록 구현하였으며, 반면에 크기가 크고, 아주 큰 접지면적이 필요한 단점을 가지고 있다. 다른 방법으로는 비 사용 대역에서는 잡음 제거 능력이 우수하고, 스위치를 사용해서 재구성이 가능한 안테나를 구현하는 것이다. 그러나 스위치와 바이어스 회로를 사용함으로써 디자인에서 복잡성과 제조 단가가 비싼 단점을 가지고 있다.</p><p>최근에 메타매질을 안테나에 적용하여 아주 작은 안테나를 설계하고 연구하였다. 전송선로 메타매질 (Transmission-Line Metamaterials : TL-MTM) 구조는 소형 안테나를 구현하는데 효과적으로 적용하고 있다. TL-MTM 공진형 안테나는 처음으로 PCB 기판을 사용하여 구현하였다. 다중대역 TL-MTM 공진 안테나는 여러 개의 Left Handed 모드를 사용하여 구현하였으며, 대역폭이 매우 좁은 단점을 가지고있다.</p><p>TL-MTM은 후방파(left handed propagation : LH)와 전송파(right handed propagation : RH ) 성질을 가지고 있으며, CRLH(composite Right- and Left-handed) 특성을 가지고 있다. CRLH 는 단위 셀은 LH와 RH 경계영역에서 파장이 무한대인 특이한 특성을 가지고 있다. TL-MTM의 등가모델은 일반 전송선로 등가모델에 직렬 커패시턴스와 병렬 인덕터스를 부가한다. 여기에서 무한 파장 성질을 이용한 것이 ZOR(Zero-order resonator)이다. ZOR은 무판 파장 특성을 사용함으로써 안테나 크기를 소형화를 구현할 수 있다. 이러한 ZOR은 ENR(Esplion Negative) TL-MTM과 MNG(Mu Negative) TL-MTM으로 구현된다.</p><p>이것은 전송선로에 직렬 용량성분과 병렬 인덕터 성분을 부가함으로써 일반적으로 구현할 수 없는 맞춤형 전파특성을 구현할 수 있다. 이러한 성질들을 사용함으로 크기가 주파수에 무관한 안테나와 소자 설계에 구현이 가능하게 되었으며, 아울러 안테나의 엄청난 소형화가 가능하였다. 더불어서 소형화를 구현함에도 불구하고, 안테나 방사부에 위상차가 없는 일정한 전류특성을 갖게 함으로 안테나의 방사특성을 디자인할 수 있다.</p><p>본 논문에서는 폴디드 모노폴 구조를 사용하였으며, 전송선로에 MNG TL-MTM 단일 셀을 폴디드 모노폴 안테나에 부가하여 삼중대역에서 공진하는 안테나를 설계하였다. 폴디드 구조를 구현하기 위해서 모노폴과 안테나 후면에 커패시터 구조를 사용하여 직렬 커패시터 조절이 용이하도록 구현하였고, 스트립선로와 비아홀을 사용하여 접지면과 연결하였다. 이러한 설계기법을 사용하여 \( 700 \mathrm{MHz} \) UHD 방송대역과 \( 2.45 \mathrm{GHz} / 5 \mathrm{GHz} \) WiFi 대역에서 동작하는 소형 폴디드 모노폴 소형 안테나를 설계하였다. 이론의 객관성을 입증하기 위해 안테나를 제작하여 실험하였다.</p><p>논문 구성은 본론에서 MNG TL MTM 단일셀 구성과 단위셀의 분석, MNG 안테나 분석하여 \( 700 \mathrm{MHz} \) UHD 방송대역과 \( 2.45 \mathrm{GHz} / 5 \mathrm{GHz} \mathrm{WiFi} \) 대역에서 공진하는 3 중대역 안테나를 설계 및 제작하고 실험하여 본 논문의 타당성에 대한 내용으로 구성하였고, 마지막으로 결론을 제시하였다.</p>
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"평면 모노폴 구조의 특성을 갖는 안테나는 크기가 크고, 아주 큰 접지면적이 필요한 단점을 가지고 있는가?",
"CRLH 는 단위 셀은 LH와 RH 경계영역에서 파장이 유한한 특이한 특성을 가지고 있는가?",
"전송선로에 직렬 용량성분과 병렬 인덕터 성분을 부가함으로써 일반적으로 구현할 수 없는 맞춤형 전파특성을 구현할 수 있는가?",
"ZOR은 ENR(Esplion Negative) TL-MTM과 MNG(Mu Negative) TL-MTM으로 구현되는가?",
"TL-MTM의 등가모델은 일반 전송선로 등가모델에 직렬 커패시턴스와 병렬 인덕터스를 부여하지",
"TL-MTM의 등가모델은 일반 전송선로 등가모델에 직렬 커패시턴스와 병렬 인덕터스를 부가하는가?",
"전송선로에 병렬 용량성분과 직렬 인덕터 성분을 부가함으로써 일반적으로 구현할 수 없는 맞춤형 전파특성을 구현할 수 있는가?",
"무한 파장 성질을 이용한 것이 ZOR(Zero-order resonator)인가?",
"ZOR은 무판 파장 특성을 사용함으로써 안테나 크기를 대형화를 구현할 수 있는가?",
"유한 파장 성질을 이용한 것이 ZOR(Zero-order resonator)일까?",
"TL-MTM의 등가모델은 일반 전송선로 등가모델에 직렬 커패시턴스와 직렬 인덕터스를 부가하니?",
"ZOR은 무판 파장 특성을 사용함으로써 안테나 크기를 소형화를 구현할 수 있는가?",
"TL-MTM의 등가모델은 일반 전송선로 등가모델에 병렬 커패시턴스와 병렬 인덕터스를 부가하니",
"현재 우리나라는 UHD 서비스를 위해 주파수를 \\( 100 \\mathrm{MHz} \\) 대역에 할당하였는가?",
"현재 우리나라는 근거리무선통신망인 WiFi 는 \\( 2.5 \\mathrm{GHz} \\) 대역과 \\( 5 \\mathrm{GHz} \\) 대역을 할당하였는가?",
"현재 우리나라는 근거리무선통신망인 WiFi 는 \\( 700 \\mathrm{MHz} \\) 대역에 할당하였는가?",
"현재 우리나라는 UHD 서비스를 위해 주파수를 몇 \\(\\mathrm{MHz} \\) 대역에 할당하였는가?",
"현재 우리나라는 UHD 서비스를 위해 주파수를 \\( 700 \\mathrm{MHz} \\) 대역에 할당하였는가?",
"무선시스템은 높은 데이터 전송과 신뢰성을 추구할 것으로 예상 되는가?",
"현재 우리나라는 근거리무선통신망인 WiFi 는 몇 \\( \\mathrm{GHz} \\) 대역과 \\( 5 \\mathrm{GHz} \\) 대역을 할당하였는가?",
"무선시스템은 낮은 데이터 전송과 신뢰성을 추구할 것으로 예상되는가?",
"평면 모노폴 구조의 특성을 갖는 안테나는 여러 개의 스트립 선을 사용해서 단일밴드에서 동작하도록 구현되었는가?",
"평면 모노폴 구조의 특성을 갖는 안테나는 여러 개의 스트립 선을 사용해서 다중밴드에서 동작하도록 구현되었는가?",
"송선로 메타매질 (Transmission-Line Metamaterials : TL-MTM) 구조는 소형 안테나를 구현하는데 효과적이지 못한가?",
"최근 소형 안테나를 구현하는데 효과적으로 적용하는 구조는 무엇인가?",
"어떤 구조가 최근 소형 안테나를 현황하는데 효과적이야",
"다중대역 TL-MTM 공진 안테나는 여러 개의 Left Handed 모드를 사용하였는가?",
"TL-MTM 공진형 안테나는 처음으로 PCB 기판을 사용하여 구현하였는가?",
"다중대역 TL-MTM 공진 안테나는 대역폭이 매우 좁은 단점을 가지고 있는가?",
"TL-MTM은 후방파(left handed propagation : LH) 성질을 가지고 있는가?",
"다중대역 TL-MTM 공진 안테나는 대역폭이 매우 넓은 장점을 가지고 있는가?",
"TL-MTM은 전송파(right handed propagation : RH ) 성질을 가지고 있는가?",
"TL-MTM은 후방파(left handed propagation : LH)와 전송파(right handed propagation : RH ) 성질을 가지고 있는가?",
"TL-MTM은 CRLH(composite Right- and Left-handed) 특성을 가지고 있는가?",
"TL-MTM은 후방파(left handed propagation : LH) 성질이 없는가?",
"TL-MTM은 전송파(right handed propagation : RH ) 성질이 없는가?",
"TL-MTM은 CRLH(composite Right- and Left-handed) 특성이 없는가?",
"CRLH 는 단위 셀은 LH와 RH 경계영역에서 파장이 무한대인 특이한 특성을 가지고 있는가?",
"현재 우리나라는 근거리무선통신망인 WiFi 는 몇 \\( 2 \\mathrm{GHz} \\) 대역과 몇 \\( \\mathrm{GHz} \\) 대역을 할당하였는가?",
"단일 기판에 안테나를 쉽게 제작 및 성형을 할 수 있는 장점을 가진 구조는 무엇인가?",
"넓은 대역 특성을 가지고 있는 구조는 무엇인가?",
"무슨 구조가 넓은 대역 특성을 지니고 있어",
"다중대역 특성을 갖고 있는 구조는 무엇인가?",
"무엇이 다중대역 특징을 갖고 있는 구조일까",
"넓은 대역 특성과 다중대역 특성을 갖고 있음으로 안테나 구현이 용이하여 널리 사용되고 있는 구조는 무엇인가?",
"평면 모노폴 구조는 단일 기판에 안테나를 쉽게 제작 및 성형을 할 수 있는 장점을 가졌는가?",
"평면 모노폴 구조는 넓은 대역 특성을 가지고 있는가?",
"평면 모노폴 구조는 다중대역 특성을 갖고 있는가?",
"평면 모노폴 구조는 넓은 대역 특성과 다중대역 특성을 갖고 있음으로 안테나 구현이 용이한가?",
"평면 모노폴 구조는 안테나 구현이 용이하여 널리 사용되고 있는가?",
"평면 모노폴 구조의 특성을 갖는 안테나는 여러 개의 스트립 선을 사용하는가?",
"평면 모노폴 구조의 특성을 갖는 안테나는 한 개의 스트립 선을 사용하는가?",
"평면 모노폴 구조의 특성을 갖는 안테나는 크기가 작고, 아주 작은 접지면적이 필요한 장점을 가지고 있는가?",
"스위치와 바이어스 회로를 사용한 안테나는 디자인에서 복잡성과 제조 단가가 비싼 단점을 가지고 있는가?",
"송선로 메타매질 (Transmission-Line Metamaterials : TL-MTM) 구조는 소형 안테나를 구현하는데 효과적인가?",
"다중대역 TL-MTM 공진 안테나는 한 개의 Left Handed 모드를 사용하여 구현하였는가?"
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인공물ED
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MNG 단일셀 메타매질 부하를 갖는 삼중대역 폴디드 모노폴 안테나 설계
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<h1>II. 본론</h1><h2>1. MNG TL MTM 단위셀</h2><p>그림 1 은 전송선로에 직렬 커패시터를 삽입한 MNG TL MTM 단일셀의 전송선로 모델이며, 분포정수회로와 집중정수회로를 사용하여 그림 1(a) 와 같이 표현이 가능하며, 주기경계조건을 적용하면 그림 1 에 대한 정확한 분산은 \[ \cos (\beta d)=\cos (\theta)+\left(\frac{1}{2 \omega C_{0} Z_{0}}\right) \sin (\theta) \]<caption>(1)</caption>와 같이 표현할 수 있다. 여기서 \( \theta \) 는 전송선로의전기적인 길이이며, \( \theta=\omega \sqrt{L C} d \) 이다.</p><p>여기서 병렬 인덕터의 크기를 무한하다고 가정하고, 단일 셀의 크기가 작다 \( (\theta \ll 1) \) 고 가정하면 식 (1)은 다음과 같다.</p><p>\( \cos (\beta d)=1-\frac{1}{2}\left(\omega^{2} L C d^{2}-\frac{C d}{C_{0}}\right) \)<caption>(2)</caption></p><p>여기서 \( C_{0} \) 는 직렬부하 커패시터이고, \( C, L \) 은 전송선로의 단위길이당 커패시터와 인덕터이고, \( \beta \) 는 전파상수이고, \( Z_{0} \) 는 전송선로의 특성임피던스이다. 셀의 크기가 무한히 작다고 가정하면 MNG 의 전파상수는 다음과 같다.</p><p>\( \beta_{M N G}=\omega \sqrt{\left[L-\frac{1}{\omega^{2} C_{0} d}\right] C} \)<caption>(3)</caption></p><p>식 (3)을 자세히 분석하면 임의의 주파수에서 전파상수가 영의 값을 가질 수 있음을 직관적으로 알 수 있다. 즉 직렬로 삽입한 \( C_{0} \) 와 전송선로의 직렬 인덕턴스를 조합함으로써 전파상수가 영인 공진조건을 얻을 수 있으며, 이를 영차공진(Zeroth order resonance)이라 한다.</p><p>MNG 전송선로의 공진이 발생하는 조건은 다음과 같이 표현할 수 있다.</p><p>\( \beta_{M N G} d=\frac{n \pi}{N}: n=0,1,2,3,4 \ldots(N-1) \)<caption>(4)</caption></p><p>여기서 \( \mathrm{N} \) 은 셀의 수이며, 따라서 정모드(positive mode)에서 공진점을 구할 수 있다.</p><p>MNG TL-MTM의 MZR(mu zero resonance) 공진 주파수는 일반 전송선로의 종단을 개방과 단락조건을 이용한다. 이때 종단이 개방되면 입력입피던스는\( \begin{aligned} Z_{i n} &=-j Z_{0} \cot \left(\beta d^{\beta \rightarrow 0}\right) \\ &=-j Z_{0} \frac{1}{\beta d}=j \sqrt{\frac{Z}{Y}}\left(\frac{1}{-j \sqrt{Z Y}}\right) \frac{1}{N}=\frac{1}{N Y} \end{aligned} \)<caption>(5)</caption>이고, 단락된 조건에서 입력 임피던스는\( \begin{aligned} Z_{i n} &=-j Z_{0} \tan \left(\beta d^{\beta \rightarrow 0}\right) \\ &=-j Z_{0} \beta d=j \sqrt{\frac{Z}{Y}}(-j \sqrt{Z Y}) N=N Z \end{aligned} \)<caption>(6)</caption>이다. 이 조건을 그림 1에 적용하면 식 (5)-(6)은 다음과 같이 유도된다.</p><p>부하 개방조건에서 입력임피던스는 \[ Z_{i n}=\frac{1}{j \omega N C_{R}} \]<caption>(7)</caption>이고, 부하 단락조건에서 입력임피던스는 \[ Z_{i n}=j \omega N L_{H}+\frac{N}{j \omega C_{L}} \]<caption>(8)</caption>이 된다. MZR 공진주파수는 식(8)을 사용하여 구하면 \[ \omega_{M Z R}=\omega_{M}=\frac{1}{\sqrt{L_{R} C_{L}}} \]<caption>(9)</caption>이다. 따라서 공진주파수는 공진기의 길이와 무관함을 확인할 수 있다.</p>
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"전송선로의 단위길이당 커패시터가 커질수록 전송회로의전기적 길이는 길어지니?",
"전송선로의 단위길이당 인덕터가 커질수록 전송회로의전기적 길이는 길어지니?",
"공진주파수의 값은 공진기의 길이가 길어질수록 커지니?",
"전파상수가 영인 공진조건을 부르는 용어는 무엇인가?",
"MNG TL MTM 단일셀의 전송선로 모델에서 단일 셀의 크기가 작다고 가정하는 것은 전송선로의 전기적 길이가 1보다 작다는 것을 의미하니?",
"공진주파수의 값은 공진기의 길이에 비례하니?",
"분포정수회로와 집중정수회로를 사용하여 표현한 MNG TL MTM 단일셀의 전송선로 모델에서 분산을 \\[ \\cos (\\beta d)=\\cos (\\theta)+\\left(\\frac{1}{2 \\omega C_{0} Z_{0}}\\right) \\sin (\\theta) \\]으로 표현하기 위해 적용해야하는 계산 조건은 무엇인가?",
"MNG TL MTM 단일셀의 전송선로 모델에서, 셀의 크기가 무한히 작을 때 MNG 전파상수는 전송선로의 단위길이당 커패시터가 클수록 큰 값을 갖니?"
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인공물ED
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MNG 단일셀 메타매질 부하를 갖는 삼중대역 폴디드 모노폴 안테나 설계
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<h1>III 결론</h1><p>본 논문에서는 MNG Metamaterial 단일 셀을 사용하여 \( 700 \mathrm{MHz} \) DTV대역과 \( 2.4 \mathrm{GHz} / 5 \mathrm{GHz} \) WiFi 대역에서 동작하는 삼중대역 모노폴 안테나 설계방법에 대하여 제안하였다. MNG metamaterial 단일셀은 구조를 사용하였고, 안테나 방사부에 삽입함으로써 삼중대역 안테나를 구현하였다. 또한 기생도체를 안테나 방사부 뒷면에 있도록 구현하여 안테나의 공진점을 제어할 수 있고, 대역폭을 개선하였다. 이러한 구조를 사용하여 최종적으로 \( 750 \mathrm{MHz} \) UHD대역과 \( 2.4 \mathrm{GHz} / 5 \mathrm{GHz} \) WiFi 대역에서 동작하는 안테나를 구현하였으며, 최적화를 통해 설계한 안테나를 제작하였다. 설계 제작한 안테나의 크기는 \( 100 \times 100 \mathrm{~mm} \) 이고, 반사손실 결과로부터 첫 번째, 두 번째와 세 번째의 공진점은 이론값과 실험값은 동일함을 확인하였다. 실험결과 첫 번째 공진점에서 10 \( \mathrm{dB} \) 대역폭과 이득은 각각 \( 309 \mathrm{MHz}(41.2 \%), 5.298 \mathrm{~dB} \)이며, 두 번째 공진점에서 \( 10 \mathrm{~dB} \) 대역폭과 이득은 각각 \( 821.9 \mathrm{MHz}(33.5 \%), 2.7840 \mathrm{~dB} \) 이며, 세 번째 공진점에서 \( 10 \mathrm{~dB} \) 대역폭과 이득은 각각 \( 1.1314 \mathrm{GHz}(20.6 \%) \), \( 2.9484 \mathrm{~dB} \) 의 결과를 확인하였다. 방사패턴은 대체적으로 전방향 특성을 가지고 있으며, \( 0.75 \mathrm{G} \mathrm{Hz} \) 와 \( 2.45 \mathrm{GHz} \) 에서는 측면보다 전방향과 후방향으로 방사특성이 양호하며, \( 5.5 \mathrm{GHz} \) 에서는 다중로브를 갖는 방사패턴을 갖음을 확인하였다. 따라서 본 논문에서 제시한 MNR metamaterisal 단일 셀을 폴디드 모노폴 안테나에 적용함으로써 삼중대역의 안테나 설계가 용이함을 확인할 수 있었다.</p>
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"\\( 750 \\mathrm{MHz} \\) 에 해당하는 주파수대역은 WiFi 대역이니?",
"설계 제작한 안테나의 크기는 얼마인가?",
"어느 정도 크기의 안테나를 설계 제작했지",
"방사패턴은 대체적으로 단방향 특징을 가지고 있니?",
"방사패턴이 다중로브 형태를 할 경우의 주파수 크기는 얼마인가?",
"주파수별 방사패턴에서 \\( 0.75 \\mathrm{G} \\mathrm{Hz} \\) 와 \\( 2.45 \\mathrm{GHz} \\) 에서는 전방향과 후방향보다 측면의 방사특성이 양호하니?",
"MNR metamaterisal 단일 셀을 폴디드 모노폴 안테나에 적용하려면, 삼중대역 안테나 설계가 어려워지니?",
"\\( 700 \\mathrm{MHz} \\) 크기의 주파수는 WiFi대역에 해당하니?",
"안테나의 공진점을 제어하고, 대역폭을 개선하기 위해서는 기생도체를 안테나 앞면에 있도록 구현해야하니?",
"\\( 2.4 \\mathrm{GHz} / 5 \\mathrm{GHz} \\) 에 해당하는 주파수대역은 UHD 대역이니?"
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인공물ED
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고전압 초전도 변압기용 연속 디스크 권선의 특징 해석
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<h3>2.1.3 연속 디스크 권선의 제작 및 시험</h3> <p>설계를 토대로 제작한 연속 디스크 권선은 한 디스크 당 5 회, 총 23 개의 디스크를 연속적으로 권선하였으며, 권선에 사용된 고온 초전도 선재의 총 길이는 약 \( 61 \mathrm{~m} \) 이다. 고온 초전도 선재는 미리 3 중 절연 처리를 하여 사용하였으나, 추후 고전압 변압기로의 적용가능성을 검토하기 위한 절연시험에 대비하여 턴과 턴 사이에 노맥스 테이프 2장을 넣어서 절연을 보강을 하였다. 디스크와 디스크 사이에 존재하는 선재를 고정하기 위해 두께 \( 5 \mathrm{~mm} \) 의 판을 사용하였다. 보빈의 재질은 모두 저온에서의 기계적인 특성과 전기 절연특성이 우수한 G-FRP를 사용하여 제작하였다. 그림 3에 실제로 제작된 시험용 연속 디스크 권선의 모습을 나타내었다. 임계전류 측정 및 교류손실 측정을 위하여 양쪽 터미널 부근에 두 개의 전압텝을 구성하였다.</p> <p>임계전류 시험의 결과를 그림 4에 나타내었다. 그림 4 에서 알 수 있듯이 제작된 권선의 임계전류는 약 \( 97 \mathrm{~A} \) 정도로 보인다. 이 결과는 앞에서 계산한 임계전류 예상값의 범위에 들어가며 연속 디스크 권선의 권선법이 초전도 권선으로써 변압기에 적용가능하다.</p> <h2>2.2 적층 선재를 사용한 연속 디스크 권선</h2> <h3>2.2.1 연속 디스크 권선의 특성 해석 및 측정</h3> <p>대용량 초전도 변압기에 흐르는 전류는 수 \( \mathrm{kA} \) 이상이다. 이러한 대용량 초전도 변압기에 적용하기 위한 연속 디스크 권선의 특성을 파악하기 위해서 병렬 선재를 사용해서 연속 디스크 권선을 제작하였다. 병렬 선재의 특성을 고려해서 9 가닥의 고온초전도 선재를 \( 125 \mathrm{~mm} \) 간격으로 전위한 병렬선재를 이용하여 연속 디스크 권선을 제작하였다. 본 논문에서 연속 디스크 권선의 제작에 사용된 선재는 이노파워 (InnoPower)에서 제작한 Bi-2223 계열의 고온 초전도 선재를 사용하였다. 연속 디스크 권선 제작에 사용된 선재의 사양과 제작된 연속 디스크 권선의 사양은 표 3과 4 에 나타내었다.</p> <table border><caption>표 3 고온 초전도 선재의 사양</caption> <tbody><tr><td>Specifications</td><td>Vaue</td></tr><tr><td>Width</td><td>4.21 nm</td></tr><tr><td>Thickness(with coating)</td><td>0.26 mm</td></tr><tr><td>Thickness(without coating)</td><td>0.24 mm</td></tr><tr><td>Critical current</td><td>65 A</td></tr></tbody></table> <table border><caption>표 4 연속 디스크 권선의 사양</caption> <tbody><tr><td>Specifications</td><td>Value</td></tr><tr><td>Length of HTS Wire</td><td>40 m</td></tr><tr><td>Number of stacked Wire</td><td>9</td></tr><tr><td>Inner Dia.</td><td>190 mm</td></tr><tr><td>Outer Dia.</td><td>200 mm</td></tr><tr><td>Height of winding</td><td>146.5 mm</td></tr><tr><td>No. of disks</td><td>7</td></tr><tr><td>No. of tums/disk</td><td>3+1 turns</td></tr></tbody></table>
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"연속 디스크의 권선은 어떻게 구성하였는가?",
"디스크들 사이에 존재하는 선재는 어떻게 고정되는가?",
"고온 초전도 선재는 어떻게 절연 되었는가?",
"병렬 선재를 사용한 연속 디스크 권선은 어떻게 제작되었는가?",
"고온 초전도 선재의 넓이 값은 얼마인가?",
"고온의 초전도 선재의 사양 중 코팅이 되어 있지 않은 두께는 얼마나 되는가?",
"고온 초전도 선재에서 Critical Current 사양을 확인한다면, 그 값은 얼마인가?",
"연속 디스크 권선의 사양에서 HTS 와이어의 길이에 대한 값을 구한다면 얼마인가?",
"연속 디스크 권선이 갖는 Stacked Wire의 수는 얼마인가?",
"연속 디스크 권선의 내부 지름은 얼마인가?",
"연속 디스크 권선이 갖는 외부 지름은 얼마인가?",
"연속 디스크 권선 사양 중 winding의 높이 값은 얼마인가?",
"연속 권선 디스크의 사양 중 tums/disk의 수는 어떻게 되는가?",
"보빈은 어떻게 제작되었는가?",
"연속 디스크 권선은 총 몇개의 디스크를 가지고 있는가?",
"코팅이 된 고온 초전도 선재의 두께는 얼마인가?"
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인공물ED
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고전압 초전도 변압기용 연속 디스크 권선의 특징 해석
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<h3>2.2.2 연속 디스크 권선을 이용한 \( 100 \mathrm{~MVA} \) 초전도 변압기 해석</h3> <p>현재 설계되고 있는 3 상 \( 100 \mathrm{~MVA} \) 의 사양을 표 5 에 나타내었다. 3 상 \( 100 \mathrm{~MVA} \) 고온 초전도 변압기의 1 차측 전압은 \( 88.9 \mathrm{~kV}, 2 \) 차측 전압은 \( 13.2 \mathrm{~kV} \) 로 하고 정격 전류는 1 차측과 2 차측이 각각 \( 37 \mathrm{~A}, 2500 \mathrm{~A} \) 이다. 동심형으로 배치된 \( 100 \mathrm{~MVA} \) 초전도 변압기는 1 차-2차-1차-3차의 권선 형태를 가진다. 고온 초전도 변압기의 운전온도는 \( 65 \mathrm{~K} \) 의 과냉각된 액체질소를 이용하여 초전도 권선을 냉각시켜 동작하며 초전도 변압기 설계시 권선의 온도는 교류 손실에 의한 발열을 고려하여 \( 69 \mathrm{~K} \) 으로 가정하고 설계하였다. 초전도 변압기의 개념 설계에서는 \( 69 \mathrm{~K} \) 에서 \( 228 \mathrm{~A} \) 의 임계전류를 가지는 2 세대 초전도 선재를 사용하였다. 저온용기 제작 및 가격의 문제를 고려하여 권선의 높이를 \( 1.5 \mathrm{~m} \) 로 제한하여 철심에서 가까운 1 차측 권선을 연속 디스크 권선과 디스크 권선, 레이어 권선으로 설계 해 각각의 교류손실을 비교해 보았다. 초전도 선재 한 가닥으로 \( 100 \mathrm{~MVA} \) 초전도 변압기의 정격 전류를 감당하지 못하기 때문에 초전도 선재 여러가닥을 병렬로 적층하여 사용해야 한다. 1 차측의 정격 전류가 \( 371 \mathrm{~A} \) 임을 감안하여 초전도 선재 5 가닥을 병렬로 적층하였다. 선재 한가닥의 두께는 \( 0.78 \mathrm{~mm} \), 넓이는 \( 10 \mathrm{~mm} \) 이다.</p> <table border><caption>표 5 \( 100 \mathrm{~MVA} \) 초전도 변압기의 설계사양</caption> <tbody><tr><td>Specitications</td><td>Value</td><td>Unit</td></tr><tr><td>Capacity</td><td>100</td><td>MVA</td></tr><tr><td>Rated voltage(rms)</td><td>154/22.9/6.6</td><td>kV</td></tr><tr><td>Phase voltage(ms)</td><td>88.9/13.2/6.6</td><td>kV</td></tr><tr><td>Rated current (rms)</td><td>0.3772.5/1.6</td><td>kV</td></tr><tr><td>Connection type</td><td colspan=2>Y-Y-\( \triangle \)</td></tr></tbody></table> <table border><caption>표 6 \( 100 \mathrm{~MVA} \) 초전도 변압기의 고압측 적용조건</caption> <tbody><tr><td rowspan=4>레이어 권선</td><td>례이어 수</td><td>3개</td></tr><tr><td>각 레이어 당 권선 수</td><td>148 턴</td></tr><tr><td>턴 당 간격</td><td>0.14 mm</td></tr><tr><td>례이어 당 간격</td><td>20 mm</td></tr><tr><td rowspan=3>디스크 권선</td><td>디스크 수</td><td>74개</td></tr><tr><td>디스크 당 권선수</td><td>5+1 턴</td></tr><tr><td>보빈 당 간격</td><td>10.41 mm</td></tr></tbody></table> <p>3 상 \( 100 \mathrm{MVA} \) 초전도 변압기의 고압측에 레이어 권선과 연속 디스크 권선을 적용하기 위한 사양을 표 6 에 나타내었다. 레이어 권선의 경우 표 6 에서 나타난 것과 같은 사양으로 전자장 수치해석 프로그램을 이용하여 해석을 한 결과 \( 300 \mathrm{~A} \) 에서 수직 방향의 최대 자장이 \( 113 \mathrm{~mT} \), 평균 자장은 \( 17 \mathrm{~mT} \) 로 이 때의 손실은 \( 1004 \mathrm{~W} \) 로 계산되었다. 연속디스크 권선으로 설계한 3 상 \( 100 \mathrm{~MVA} \) 초전도 변압기의 1 차측은 총 74 개의 디스크 사이에 \( 10.41 \mathrm{~mm} \) 두께의 스페이스를 삽입해서 +1 턴이 감기도록 설계하였다. 수치해석 프로그램을 이용하여 300 Arms 에서 수직 방향 최대 자장이 \( 205\mathrm{~mT} \), 수직 방향 평균 자장이 \( 47 \mathrm{~mT} \) 로, 이 때의 손실은 \(4.6 \mathrm{~kW} \) 로 예측되었다.</p>
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"표 6에서 레이어 당 간격은 무엇입니까?",
"표 5에서 Capacity는 얼마 입니까?",
"Capacity는 표 5에서 얼마로 확인되지?",
"표 5에서 Rated current (rms)의 1차 값은 무엇입니까?",
"표 6 \\( 100 \\mathrm{~MVA} \\) 초전도 변압기의 고압측 적용조건에서 초전도 변압기의 1차측은 총 74개의 디스크 사이에 얼마의 두께의 스페이스를 삽입했나요?",
"표 6에서 디스크 당 권선수는 무엇입니까?",
"디스크 당 권선수는 표 6에서 얼마로 확인되지?",
"표 6을 보면 레이어 권선의 레이어 수는 얼마 입니까?",
"표 5에서 \\( 100 \\mathrm{~MVA} \\) 초전도 변압기의 2차측 전압은 얼마 입니까?",
"표 5 \\( 100 \\mathrm{~MVA} \\) 초전도 변압기의 설계사양에서 Capacity의 Unit은 무엇입니까?",
"표 6에서 레이어 권선 턴 당 간격은 무엇입니까?",
"표 6 \\( 100 \\mathrm{~MVA} \\) 초전도 변압기의 고압측 적용조건에서 각 레이어 당 권선수는 얼마로 확인되지?",
"표 6 \\( 100 \\mathrm{~MVA} \\) 초전도 변압기의 고압측 적용조건에서 초전도 변압기의 1차측은 총 몇 개의 디스크입니까?",
"표 5 \\( 100 \\mathrm{~MVA} \\) 초전도 변압기의 설계사양에서 1차 측 전압은 얼마입니까?"
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고전압 초전도 변압기용 연속 디스크 권선의 특징 해석
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<h1>2. 연속 디스크 권선</h1> <h2>2.1 연속 디스크 권선의 정의</h2> <h3>2.1.1 연속 디스크 권선의 구조</h3> <p>그림 1 에 고온 초전도 선재를 사용하는 권선의 종류를 나타내었다. 그림 1 의 (a)는 더블 팬케이크형 권선으로 일반적으로 테이프 형태의 고온 초전도 선재를 사용하는 권선으로 많이 채택되는 형상이며 변압기의 디스크 권선 제작에 사용되는 권선방법이다. 그림 1의 (b)는 솔레노이드형 권선으로 변압기 레이어 권선의 형태로 사용되는 형태이며, 이 두 가지의 권선 형태를 조합한 형태가 본 논문에서 제안하는 연속 디스크 권선이며 그림 1의 (c)에 나타내었다. 연속 디스크 권선은 고온 초전도 선재롤 디스크 형태로 권선하되, 접합하지 않고 계속적으로 권선하는 형태로 접합에 의한 선재 성능 저하와 손실을 감소시킬 수 있으며, 레이어 권선에 비해 절연에 유리하여 고전압 변압기에 채택할 수 있고 전압 스트레스를 억제하는데 유리하다.</p> <h3>2.1.2 연속 디스크 권선의 설계 및 해석</h3> <p>본 논문에서 연속 디스크 권선의 설계 및 제작에 사용된 선재는 현재 상용화되어 일반적으로 가장 많이 사용되는 고온 초전도 선재인 BSCCO-2223계열의 선재를 사용하였으며, 표 1 에 사용된 선재의 규격을 나타내었다. 표 1 에 나타낸 고온 초전도 선재를 고압 변압기에 적용하기 위하여 3 중 절연하였으며, 절연된 고온초전도 선재를 사용하여 설계된 연속 디스크 권선의 설계 규격을 표 2 에 나타내었다. 사용되는 고온 초전도 선재의 총 길이는 약 \( 61 \mathrm{~m} \) 이며 권회수는 115 턴, 권선의 외경 및 높이는 각각 \( 180 \mathrm{~mm}, 225 \mathrm{~mm} \) 이다.</p> <p>표 2 의 설계값을 토대로 연속 디스크 권선의 임계전류를 예측하기 위해서 정자장 해석을 수행하였다. 해석에 사용된 방법은 유한 요소법을 사용한 축대칭 모델링 방법을 사용하였으며 자장 분포의 형상을 볼 때, 수직 방향 성분의 자장이 커질수록 고온 초전도 선재의 성능이 급격히 감소하며 교류 손실 역시 급격히 증가함을 알 수 있다. 그림 2 는 정자장 수치해석 결과를 이용해서 연속 디스크 권선의 임계전류를 예측한 그래프이다. 초전도 선재에 수직으로 인가되는 평균 자장을 선택했을 때의 임계전류의 예상값은 \( 112 \mathrm{~A} \) 이고, 최대 자장을 선택했을 때의 임계전류의 예상값은 \( 73 \mathrm{~A} \) 이다. 따라서 연속 디스크 권선의 임계전류는 \( 73 \mathrm{~A} \) 와 \( 112 \mathrm{~A} \) 사이에서 측정될 것으로 추정된다.</p> <table border><caption>표 1. 고온 초전도 선재의 규격</caption> <tbody><tr><td>Specifications</td><td>Value</td></tr><tr><td>Thickness</td><td>0.5 mn</td></tr><tr><td>Width</td><td>5 mn</td></tr><tr><td>Criticaf Tensile Stress</td><td>265 MPa</td></tr><tr><td>Min.. Bending Dia.</td><td>50 mm</td></tr><tr><td>Critical Current</td><td>126 A</td></tr></tbody></table> <table border><caption>표 2. 연속 디스크 권선의 규격</caption> <tbody><tr><td>Specifications</td><td>Value</td></tr><tr><td>Length of HTS tape</td><td>61.78 m</td></tr><tr><td>Inner Dia.</td><td>170 mm</td></tr><tr><td>Outer Dia.</td><td>180 mm</td></tr><tr><td>Height of winding</td><td>225 mm</td></tr><tr><td>No. of disks</td><td>23</td></tr><tr><td>No. of turns</td><td>115 turns</td></tr></tbody></table>
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"표 1에서 고온 초전도 선재의 두께는 얼마인가?",
"표 1에서 너비값은 몇 mn인가?",
"표 1에서 알 수 있는 Criticaf Tensile Stress값은 몇 MPa인가?",
"표 1에서 고온 초전도 선재의 규격 중 Min.. Bending Dia.값은 얼마인가요?",
"표 1에서 알 수 있는 고온 초전도 선배의 Critical Current값은 몇 A인가?",
"표 2에서 연속 디스크 권선의 HTS tape 길이는 몇 m인가?",
"표 2에서 Inner Dia. 값은 몇 m로 나타나는가?",
"표 2의 연속 디스크 권선의 규격 중 180 mm의 값을 갖는 Specification은 무엇인가?",
"표 2에서 알 수 있는 연속 디스크 권선의 winding 높이는 얼마인가?",
"표 2를 통해 알 수 있는 연속 디스크 넘버는 몇 번인가?",
"표 2에서 Specifications 중 No. of turns는 어떤 값을 가지는가?"
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인공물ED
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농형 유도발전기를 이용한 계통연계형 가변속 풍력발전시스템
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<h1>4. 실험 결과 및 검토</h1> <p>실험실에서 구현된 계통연계헝 풍력발전시스템의 구성도는 그림 5와 같다. 좌측은 직류전동기의 토크제어에 의하여 퐁력터빈을 모의하는 부분이고 우측은 back-to-back 컨버터를 통해 발전된 전력을 계통으로 넘겨주는 부분이다.</p> <table border><caption>표 1 직류전동기 정격과 파라미터</caption> <tbody><tr><td>정격/파라미터</td><td>값</td></tr><tr><td>정격 출력</td><td >\(3 [\mathrm{kW}]\)</td></tr><tr><td>정격 전압</td><td>\(220 [\mathrm{V}]\)</td></tr><tr><td>정격 전류</td><td>\(13.6 [\mathrm{A}]\)</td></tr><tr><td>정격 토크</td><td>\(22 [\mathrm{Nm}]\)</td></tr><tr><td>정격 속도</td><td>\(1500 [\mathrm{rpm}]\)</td></tr><tr><td>전기자 저항</td><td>\(2.85 [\Omega]\)</td></tr><tr><td>전기자 누설인덕턴스</td><td>\(0.0986 [\mathrm{H}]\)</td></tr><tr><td>극수</td><td>4</td></tr><tr><td>토크 상수</td><td>1.4</td></tr><tr><td>정격 계자전류</td><td>\(0.58 [\mathrm{A}]\)</td></tr></tbody></table> <table border><caption>표 2 유도발전기 정격과 파라미터</caption> <tbody><tr><td>정격/파라미터</td><td>값</td></tr><tr><td>정격출력</td><td>\(3 [\mathrm{kW}]\)</td></tr><tr><td>정격전압</td><td>\(23- [\mathrm{V}]\)</td></tr><tr><td>정격전류</td><td>\(10.9 [\mathrm{A}]\)</td></tr><tr><td>고정자 저항</td><td>\(0.93 [\Omega]\)</td></tr><tr><td>회전자 저항</td><td>\(0.533 [\Omega]\)</td></tr><tr><td>고정자 누설 인덕턴스</td><td>\(0.03 [\mathrm{H}]\)</td></tr><tr><td>회전자 누설 인덕턴스</td><td>\(0.03 [\mathrm{H}]\)</td></tr><tr><td>상호 인덕턴스</td><td>\(0.076 [\mathrm{H}]\)</td></tr><tr><td>극수</td><td>4</td></tr><tr><td>정격 속도</td><td>\(1435 [\mathrm{rpm}]\)</td></tr><tr><td>정격 토크</td><td>\(19.5 [\mathrm{Nm}]\)</td></tr><tr><td>관성능률</td><td>\(0.0071 [\mathrm{kgm^{2}}]\)</td></tr><tr><td>정격 주파수</td><td>\(50 [\mathrm{Hz}]\)</td></tr><tr><td>정격 주파수에서의 철손</td><td>\(190 [\Omega]\)</td></tr></tbody></table> <p>표 1과 표 2는 각각 시뮬레이터에 사용된 직류전동기와 유도발전기의 정격과 파라미터를 나타낸다. 타여자 직류전동기를 사용하며 계자를 정격으로 일정하게 유지하고 전기자전류를 제어하여 풍속에 대응되는 전력으로 발전기를 구동시킨다. 최대전력 추종제어에 의해 주어진 풍속에서 터빈 회전속도가 정해지므로 직류전동기애서 발생할 토크기준치가 계산된다. 직류진동기를 제어하기 위한 컨버터는 단상 반파 PWM 컨버터와 4상한 모드로 동작하는 단상 인버터를 사용한다.</p> <p>블레이등의 가속과 감속 특성을 잘 모의하기 위해서는 전동기의 가감속 특성이 좋아야 하는데 그림 5에 보인 회로록 사용하면 기존의 3상 인버터 회로를 그대로 이용할 수 있는 이점이 있다. 입력단에 다이오드 정류기를 사용한다면 직류전동기의 감속시 발생되는 회생전력에 의해 직류링크 전압이 상승하여 과전압이 발생될 수도 있는데 ac/dc PWM 킨버터를 통하여 전원측으로 에너지를 회생시킴으로써 직류전압을 일정하게 유지시킬 수 있다. 직류전동기측 컨버터의 스위칭 주파수는 \( 35[\mathrm{kHz}] \)이고, 유도발전기와 계통측 컨버터의 스위칭 주파수는 \( 5[\mathrm{kHz}] \)이다.</p>
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"표 1에서 \\(0.58 [\\mathrm{A}]\\)의 값을 가지는 것은 어떤 항목입니까?",
"표 1의 어떤 항목이 \\(0.58 [\\mathrm{A}]\\)의 값을 가져?",
"표 2 유도발전기 정격과 파라미터에서 극수는 얼마야?",
"표 1 직류전동기 정격과 파라미터에서 1.4의 값을 가지는 항목은 어떤 것인가요?",
"표 1에서 직류전동기의 정격 출력의 값은 얼마입니까?",
"표 1 직류전동기 정격과 파라미터에서 전기자 저항은 무엇인가?",
"표2의 \\(0.93 [\\Omega]\\) 값은 어떤 저항 값인가요?",
"표2의 어떤 저항이 \\(0.93 [\\Omega]\\) 값을 가지니?",
"표2 유도발전기 정격과 파라미터에서 정격 속도는 무엇입니까?",
"표 1에서 정격 속도는 어떤 값을 가지나요?",
"표 1의 정격 속도는 어떤 값을 보이지?",
"표2에서 고정자 저항과 회전자 저항을 비교하면 어느 값이 더 작나요?",
"표 1에서 극수의 값은 어떻게 돼?",
"표2에서 정격 주파수에서의 철손의 결과 값은 뭐야?"
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인공물ED
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농형 유도발전기를 이용한 계통연계형 가변속 풍력발전시스템
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<table border><caption>표 3 풍력터빈 블레이드 파라미터</caption> <tbody><tr><td>파라미터</td><td>값</td></tr><tr><td>블레이드 반지름 \(\mathrm{R}\)</td><td>\(0.95 [\mathrm{m}]\)</td></tr><tr><td>\(C_{p\quad max}\)</td><td>0.45</td></tr><tr><td>\(\lambda_{opt}\)</td><td>5</td></tr><tr><td>정격풍속</td><td>\(10[\mathrm{m/s}]\)</td></tr><tr><td>Cut-in 풍속</td><td>\(4[\mathrm{m/s}]\)</td></tr><tr><td>기어비</td><td>1 :2</td></tr></tbody></table> <p>풍속의 변화를 함수발생기를 이용하여 모의하였는데 직류 옵셋을 갖는 \( 1[\mathrm{~Hz}] \)의 삼각파를 사용하였다. 세어보드를 직류전동기의 토크 제어를 위해 1 대, 유도발전기의 속도 제어와 계통측 컨버터 제어를 위해 1 대를 사용하였으며 두 DSP 보드에서 함수발생기의 출력을 A/ D 컨버터롤 통해 동시에 읽어 들여 풍속으로 인식하게 하였다. 본 연구에서는 시뮬레이터 구성을 위해 표 3과 같은 사양의 터빈블레이드를 가정하여 구현하였다.</p> <p>그림 6은 풍속이 \( 8[\mathrm{m} / \mathrm{s}] \rightarrow 9[\mathrm{m} / \mathrm{s}] \rightarrow 8[\mathrm{m} / \mathrm{s}] \)로 변화할 때의 여러 가지 응답 파형을 보인다. (a)는 함수 발생기로 모의한 풍속이고 (b)는 풍속에 상응하여 발생되는 유도발전기의 출력전력이다. 이는 발전기 출력단 상전압 지령치와 상전류의 순시치를 이용하여 계산하였다. (c)는 계통측으로 넘어가는 출력전력으로 전원측 상전압과 상전류의 순시치를 이용하여 계산하였다. (d)는 풍속에 따가 최대출력 발생을 위한 발전기의 속도 지령치와 실제속도를 나타낸다. 최대 전력점으로 동작하기 위해 퐁속의 변화에 따라 속도 시령치가 변화하며 이에 따라 실제 속도가 잘 제어되고 있음을 알 수 있다. (e)는 발전기의 \( \mathrm{q}\)-축 전류와 그 지령치, (f)는 발전기의 \( \mathrm{d} \)-축 전류와 그 지령치로 제어가 잘 되고 있음을 볼 수 있다. (g)는 직류링크 전압으로 지령치는 \( 340[\mathrm{V}] \) 이며, 과도상태에서도 잘 제어됨을 알 수 있다. (h)는 계통측 컨버터의 \(\mathrm{q}\)-축 전류, (i)는 \(\mathrm{d}\)-축 전류인데 역시 그 지령치를 잘 따르고 있다. \( \mathrm{d} \)-축 전류의 경우 역률 1제어를 위해 영으로 제어되고 있다.</p> <p>그림 7은 풍속이 \( 1[\mathrm{Hz}] \)의 주파수는 \(8[\mathrm{m/s}]\sim 10[\mathrm{m} / \mathrm{s}] \) 사이에서 연속적으로 변화할 경우의 파형으로 (a)는 함수발생기로 모의한 풍속이고 (b)는 풍속에 상응하여 발생되는 유도발전기의 출력전력, (c)는 계통측으로 넘어가는 출력전력이다. (d)는 풍속에 대웅되는 최대출력을 위한 발전기의 속도지령치와 실제속도를 나타낸다. (e)는 발전기의 \( \mathrm{q} \)-축 전류와 그 지령치로 속도의 변화에 따라 그 지령치를 잘 추종하고 있다. (f)는 발전기의 \( \mathrm{d} \)-축 전류와 그 지령치, (g)는 직류링크 전압과 그 지렁치로 과도상태에서도 만족스럽게 제어되고 있다. (h)는 계통측 컨버터의 \( \mathrm{q}\)-축 전류와 그 시령치, (i)는 \( \mathrm{d} \)-축 전류와 그 지령치이다. 풍속이 연속적으로 변하는 경우에도 각 물리량이 잘 제어되고 있음을 알 수 있다.</p> <p>그림 8(a)는 계통측 컨버터의 3상 출력전류를 보이고 (b)는 계통측 전압과 전류로서 단위역률제어가 이루어지고 있음을 나타넨다. 전류를 계통 측에서 발전기 측으로 들어가는 방향을 양으로 정했기 때문에 전원측 전압과전류의 위상이 180도 차이가 난다.</p> <p>그림 9는 회전속도에 대한 유도발전기의 출력전력곡선이다. 주어진 풍속에 대해서 회전속도를 바꿔가며 출력전력을 측정하였는데 식 (5)에 주어진 속도로 동작시킬 경우 최대전력을 발생한다는 것을 알 수 있다.</p>
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"블레이드 반지름 크기는 얼마인가?",
"0.45은 어떤 파라미터의 값이야?",
"\\(\\lambda_{opt}\\)는 어떤 값을 가지고 있나?",
"퐁속 파라미터 중에 더 큰 값을 가진 파라미터는 어떤거야?",
"비율을 나타내는 파라미터는 어떤 것이니?",
"가장 적은 퐁속 파라미터 값은 얼마일까?",
"비율을 나타내는 파라미터는 어떤 값을 가질까?"
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인공물ED
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Sensitivity Calibration 루틴 수행시 Tilt에 의한 방위각 측정 오차의 분석
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<h1>요 약</h1><p>MR 센서에 의해 지구자기장의 세기를 측정하여 방워각을 결성하는 선사 Compass의 정밀도는 MR 센서 및 OP-Amp.의 온도 Drift, DC Offset등 소자에 의한 오차, 측정주변 자성체에 의한 자기장의 왜곡, 및 Compass Tilt에 의한 오차 등의 영향을 밝는다. 본 연구에서는 Set/Reset Pulse 방법에 의해 MR 센서 및 OP-Amp 의 온도. Drift 및 DC Offset에 의한 오차는 해결하였고, 주변 자성체에 의한 자시장의 왜곡에 의한 오차를 Hard-Iron Calibration 루틴 수행에 의해 보상하였으며, Compass Tilt에 의한 오차를 Eulcr Rotational Equation에 의해 보상할 수 있는 3축 MR 센서 및 3축 Accelerometer을 기반으로 하는 전자 Compass 를 설계하였다. 특히 이와 같이 설계한 전자 Compass를 가지고 3 축 MR 센서의 서로 다른 Sensitivity와 OP-Amp.의 서로 다른 Gain동윽 규준화하기 위한 Sensitivity Calibration 루틴 수행 시 Tilt의 발생으로 야기되는 오차를 정량적으로 분석하였으며, 이를 바탕으로 \( 1^{\circ} \) 精度 Compass를 설계할 수 있었다.</p><h1>I. 서 론</h1><p>MR(Magneto Resistive)센서는 자기장의 세기가 수 십 Microgauss에서 수십 Gauss까지 폭 넓게 측정할 수 있는 고감도의 자기장 센서로서 자기장의 세기 및 방향을 측정하는데 뛰어난 방법을 제공한다. 높은 감도, 빠른 응답성, 밎 높은 안전성등의 특성과 저가이며 소형화된 소자등으로 인한 사용상의 편리성등으로 인하여 -지상, 항공, 및 해양 분야에 사용되는 Navigation 시스템 및 GPS 항법 시스템- 선형 위치센서, 각도센서, 및 회전위치센서등 저가형 위치감지 시스템- 의료장비 등 다양한 응용분야에 적용되고 있다.</p><p>지구 자기장의 세기를 측정하여 방위각을 측정하는 시스템은 A/D 컨버터를 포함하는 Microcontroller를 기반으로 구성되며, 지구자기장의 세기를 측정하기 위하여 3 축의 MR 센서를 사용하며 이들 각각의 출력인 차 전압은 Instrumentation Amp.에 입력되어 Common Mode의 제거 및 충분한 Gain을 얻는다.</p><p>Tilt(Pitch와 Roll)가 3축 MR 센서에 미치는 영향을 보상하기 위하여 3축 Accelerometer에 의해 Tilt각 (Pitch각과 Roll각)을 측정하여 Euler Rotational Equation에 의해 Tilt 보상을 수행한다.</p><p>또한 Hard-Iron 왜곡을 보상하기 위하여 Hard-Iron Calibration 루틴을 수행한다.</p><p>상기와 같은 방위각 측정 시스템에서 \( 1^{\circ} \) 精度를 실현하기 위해서는 MR센서, Tilt센서, 및 OP-Amp. 등 H/W 소자로부터 야기되는 에러요인과 신호처리 S/W 레벨에서 해결되어야 하는 에러 즉 Tilt에 의한 오차 및 Hard-Iron 왜곡에 따른 오차등을 해결하여야 한다.</p>
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"A/D 컨버터를 포함하는 Microcontroller를 기반으로 구성되어 있는 시스템은 뭐야 ?",
"어떤 시스템이 A/D 컨버터를 포함하는 Microcontroller을 바탕으로 구성되고 있니?",
"방위각 측정 시스템에서 \\( 1^{\\circ} \\) 精度를 실현하기 위해서는 어떤방법이 필요해 ?",
"Hard-Iron Calibration 루틴은 왜 수행되어져 ?",
"MR 센서 및 OP-Amp.의 온도 Drift, DC Offset등 소자에 의한 오차, 측정주변 자성체에 의한 자기장의 왜곡, 및 Compass Tilt에 의한 오차 등의 영향을 받는 것은 무엇의 정밀도야?",
"Hard-Iron Calibration 루틴 수행이 해결한 오차는 뭐야 ?",
"Set/Reset Pulse 방법이 해결한 오차는 무엇이야 ?",
"\\( 1^{\\circ} \\) 精度 Compass를 설계할 수 있었던 방법은 뭐야 ?",
"MR 센서가 Navigation 시스템 및 GPS 항법 시스템- 선형 위치센서 등에 왜 사용되나요?",
"자기장의 세기가 수 십 Microgauss에서 수십 Gauss까지 폭 넓게 측정할 수 있는 고감도의 자기장 센서는 뭐라고 불러 ?"
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인공물ED
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Sensitivity Calibration 루틴 수행시 Tilt에 의한 방위각 측정 오차의 분석
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<h2>6. Tilt [P(+0.1,+0.1), R(+0.1,+0.1)] 상태로 S-Cal. 루틴을 수행</h2><p>상기의 Tilt 상태에서 S-Cal.루틴을 수행하여 취출된 Raw Data중에서 \( \mathrm{X}_{\max } \) 는 \( 2255, \mathrm{X}_{\min } \) 은 \( 974, \mathrm{Y}_{\max } \) 는 3260 , \( \mathrm{Y}_{\min } \) 은 1970을 얻었으며, S-Scale Factor \( \mathrm{S}_{\mathrm{x}} \) 는 \( 1.007 \), \( \mathrm{S}_{\mathrm{Y}} \) 는 \( 1.000 \) 이다.</p><p>따라서 상기 Tilt상태에서의 방위각 \( a(+0.1,+0.1,+0.1 \), \( +0.1) \) 는 식 (22)으로, 상기 Tilt로 인해 발생된 오차각(\(a_{error})\)은 식 (23)와 같으며 이를 그림 9에 도시하였다.</p><p>\( \alpha(+0.1,+0.1,+0.1,+0.1)=\arctan \left(\frac{1281 \times 1.000 \times \sin \beta}{1292 \times 1.007 \times \cos \beta}\right) \)<caption>(22)</caption></p><p>\( \begin{aligned} \alpha_{\text {error }} &=\alpha(+0.1,+0.1,+0.1,+0.1)-\beta \\ &=\alpha(+0.1,+0.1,+0.1,+0.1)-\alpha(0,0) \end{aligned} \)<caption>(23)</caption></p><h2>7. Tilt [P(+0.1,+0.1), R(-0.1,-0.1)] 상태로 S-Cal. 루틴을 수행</h2><p>상기의 Tilt 상태에서 S-Cal.루틴을 수행하여 취출된 Raw Data중에서 \( \mathrm{X}_{\max } \) 는 2255, \( \mathrm{X}_{\min } \) 은 974, \( \mathrm{Y}_{\max } \) 는 3136, \( \mathrm{Y}_{\min } \) 은 1840 를 얻었으며, S-Scale Factor \( \mathrm{S}_{\mathrm{x}} \) 는 1.012, \( \mathrm{S}_{\mathrm{Y}} \) 는 \( 1.000 \) 이다.</p><p>따라서 상기 Tilt상태에서의 방위각 \( a(+0.1,+0.1,-0.1, -0.1) \) 는 식 (24)으로, 상기 Tilt로 인해 발생된 오차각 ( \(a_{error}\) )은 식 (25)와 같으며 이를 그림 10 에 도시하였다.</p><p>\( \alpha(+0.1,+0.1,-0.1,-0.1)=\arctan \left(\frac{1281 \times 1.000 \times \sin \beta}{1292 \times 1.012 \times \cos \beta}\right) \)<caption>(24)</caption></p><p>\( \begin{aligned} \alpha_{\text {error }} &=\alpha(+0.1,+0.1,-0.1,-0.1)-\beta \\ &=\alpha(+0.1,+0.1,-0.1,-0.1)-\alpha(0,0) \end{aligned} \)<caption>(25)</caption></p><h2>8. Tilt [P(-0.1,-0.1), R(+0.1,+0.1)] 상태로 S-Cal. 루틴을 수행</h2><p>상기의 Tilt 상태에서 S-Cal.루틴을 수행하여 취출된 Raw Data중에서 \( X_{\max } \) 는 \( 2120, X_{\min } \) 은 \( 839, Y_{\max } \) 는 3260, \( \mathrm{Y}_{\min } \) 은 1970 을 얻었으머, S-Scale Factor \( \mathrm{S}_{\mathrm{X}} \)는 1.007, \( \mathrm{S}_{\mathrm{Y}} \)는 \( 1.000 \) 이다.</p><p>따라서 상기 Tilt상태에서의 방위각 \( a(-0.1,0.1,+0.1, +0.1) \) 는 식 (26)으로, 상기 Tilt로 인해 발생된 오차각 ( \(a_{error} \) ) 은 식 (27)와 같으며 이를 그림 11 에 도시하였다.</p><p>\( \alpha(-0.1,-0.1,+0.1,+0.1)=\arctan \left(\frac{1281 \times 1.000 \times \sin \beta}{12.92 \times 1.007 \times \cos \beta}\right) \)<caption>(26)</caption></p><p>\( \begin{aligned} \alpha_{\text {error }} &=\alpha(-0.1,-0.1,+0.1,+0.1)-\beta \\ &=\alpha(-0.1,-0.1,+0.1,+0.1)-\alpha(0,0) \end{aligned} \)<caption>(27)</caption></p>
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"S-Cal.루틴을 수행하여 취출된 Raw Data중에서\\( \\mathrm{Y}_{\\min } \\)는 몇이 나왔어 ?",
"S-Cal.루틴을 수행하여 취출된 Raw Data중에서 \\( \\mathrm{X}_{\\max } \\) 는 몇이나왔어 ?",
"그림 10 에 도시된 내용은 뭐야 ?",
"S-Cal.루틴을 수행하여 취출된 Raw Data중에서 S-Scale Factor \\( \\mathrm{S}_{\\mathrm{X}} \\)는 몇이나왔어 ?",
"상기 Tilt로 인해 발생된 오차각(\\(a_{error})\\)과 같고 그림9에 도시된 값은 뭐야 ?",
"S-Cal.루틴을 수행하여 취출된 Raw Data중에서 S-Scale Factor \\( \\mathrm{S}_{\\mathrm{x}} \\)는 몇이나왔어 ?",
"상기 Tilt상태에서의 방위각 \\( a(-0.1,0.1,+0.1, +0.1) \\) 는 식 (26)인데 어디에 도시했어 ?",
"S-Cal.루틴을 수행하여 취출된 Raw Data중에서 \\( \\mathrm{X}_{\\min } \\)는 몇이 나왔어 ?"
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인공물ED
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Sensitivity Calibration 루틴 수행시 Tilt에 의한 방위각 측정 오차의 분석
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<p>MR 센서의 Temp. Drift, Bridge Offset과 OP-Amp. 의 Temp. Drift 및 DC Offset 등으로 인한 에러는 Set/Reset Pulse Switching 방법으로 보상올 수행하며, MR 센서의 측정위치 부근의 자성체에 의한 자기장 왜곡에 따른 측정 방위각에 에러를 유발하는 요인은 Hard-Iron Calibration 루틴dmf 수행하여 보상이 이루어지며, 3축 Tilt센서에 의해 Tilt각(Pitch각과 Roll각)을 측정하여 Euler Angle을 이용한 Rotational Equation에 의해 Tilt 보상을 수행한다.</p><p>본 연구에서는 3축 MR 센서가 서로 다른 Sensitivity를 갖으며 또한 OP-Amp.가 서로 다른 Gain등을 갖으며 이와 같이 서로 다른 특성들을 규준화 시키기 위한 과정인 Sensitivity Calibration 루틴 수행시 Tilt에 의한 방위각 측정 오차를 정량적으로 분석하였다.</p><h1>II. 방위각 측정 시스템</h1><p>\( 1^{\circ} \) 精度의 방위각 측정 시스템을 실현하기 위해서는 \( 0.1^{\circ} \) 의 Resolution의 자기장 센서가 필요하며 이러한 센서는 낮은 Hysteresis Error \( (<0.05 \% \mathrm{FS}) \), 낮은 선형성 Error \( (0.5 \% \mathrm{FS}) \), 그리고 낮은 반복성 \( \operatorname{Error}(<0.1 \% \mathrm{FS}) \) 가 요구된다.</p><p>지구자기장에 의해 측정되는 방위각(Azimuth) \( a \) 는 (1)식으로 주어진다.</p><p>\( \alpha=\arctan \frac{Y}{X} \)<caption>(1)</caption></p><p>여기서, X 는 X-Y 평면상에서 X축 지구 자기장의 세기이며, Y 는 X-Y 평면상에서 Y축 지구 자기장의 세기이다.</p><p>Tan 함수의 특성을 고려하여 (1)식은 (2)식으로 정리 된다.</p><p>\( \alpha(X=0, Y<0)=90^{\circ} \)</p><p>\( \alpha(X=0, Y>0)=270^{\circ} \)</p><p>\( \alpha(X<0) \quad=180^{\circ}-\arctan \left(\frac{Y}{X}\right) \cdot \frac{180^{\circ}}{\pi} \)</p><p>\( \alpha(X>0, Y<0)=-\arctan \left(\frac{Y}{X}\right) \cdot \frac{180^{\circ}}{\pi} \)</p><p>\( \alpha(X>0, Y>0)=360^{\circ}-\arctan \left(\frac{Y}{X}\right) \cdot \frac{180^{\circ}}{\pi} \)<caption>(2)</caption></p><p>그림 1에 X-Y 평면상에서 정의된 방위각 \( a \) 를 도시하였다</p><p>\( 1^{\circ} \) 精度를 갖는 전자 Compass를 HMC1022 MR 센서를 X축 및 Y축용으로, HMC 1021 MR 센서를 Z축용으로 사용하고 이들 각각의 출력은 INA332 Instrumentation Amp에서 충분한 Gain이 설정된후 ADuC 7022 Microcontroller의 A/D 컨버터에 입력되도록 설계하였다.</p><p>MR 센서의 자화상태, Temp. Drift, 및 Bridge Offset 등의 영향과 Instrumentation Amp.의 DC Offset등의 영향을 제거하기 위하여 Set/Reset Pulse를 3축 MR 센서의 해당 Strap에 인가하였다.</p><p>3축 MR 센서의 Tilt에 의한 영향을 보상하기 위하여 MMA7260 Accelerometer를 사용하여 Tilt각을 측정하였다. 지평면을 기준으로 한 Tilt각 정의를 그림 2 에 도시하였다</p>
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"MMA7260 Accelerometer를 사용하여 Tilt각을 측정한 이유가 뭐야 ?",
"\\( 0.1^{\\circ} \\) 의 Resolution의 자기장 센서가 필요한 이유가 뭐야 ?",
"자기장 왜곡에 따른 측정 방위각에 에러를 유발하는 요인을 해결하려면 수행해야하는건 뭐야 ?",
"\\( 1^{\\circ} \\) 精度의 방위각 측정 시스템을 실현하기 위해 필요한 센서는 뭐야 ?",
"Sensitivity Calibration 루틴은 어떤 과정이야 ?",
"MR 센서는 Temp. Drift, Bridge Offset과 OP-Amp. 의 Temp. Drift 및 DC Offset 등으로 인한 에러를 어떻게 보상해 ?",
"각각의 출력은 어떤방법으로 컨버터에 입력되도록 설계됐어 ?",
"Set/Reset Pulse이 3축 MR 센서의 해당 Strap에 허가된 이유가 뭐야 ?"
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인공물ED
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Sensitivity Calibration 루틴 수행시 Tilt에 의한 방위각 측정 오차의 분석
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<h2>9. Tilt [P(-0.1,-0.1), R(-0.1,-0.1)] 상태로 S-Cal. 루틴을 수행</h2><p>상기의 Tilt 상태에서 S-Cal.루딘을 수행하여 취출된 Raw Data중에서 \( \mathrm{X}_{\max } \) 는 \( 2120, \mathrm{X}_{\min } \) 은 \( 839, \mathrm{Y}_{\max } \) 는 3136 , \( \mathrm{Y}_{\min } \) 은 1840 을 얻었으며, S-Scale Factor \( \mathrm{S}_{\mathrm{X}} \) 는 1.012, \( \mathrm{S}_{\mathrm{Y}} \)는 \( 1.000 \) 이다.</p><p>따라서 상기 Tilt상태에서의 방위각 \( a(-0.1,-0.1,0.1, -0.1) \) 는 식 (28)으로, 상기 Tilt로 인해 발생된 오차각( \( a_{error} \) )은 식 (29)와 같으며 이를 그림 12 에 도시하였다.</p><p>\( \alpha(-0.1,-0.1,-0.1,-0.1)=\arctan \left(\frac{1281 \times 1.000 \times \sin \beta}{1292 \times 1.012 \times \cos \beta}\right) \)<caption>(28)</caption></p><p>\( \begin{aligned} \alpha_{\text {error }} &=\alpha(-0.1,-0.1,-0.1,-0.1)-\beta \\ &=\alpha(-0.1,-0.1,-0.1,-0.1)-\alpha(0,0) \end{aligned} \)<caption>(29)</caption></p><p>이상의 실험에서 보듯이 S-Cal.루틴의 실행시 Tilt발생이 없으면 이로 인해 발생된 방위각의 오차각도 없으나, MR 센서 최대값 또는 최소값을 나타내는 방향에서 Tilt가 발생되면 이로 인해 발생된 방위각의 오차각도 크게 나타나고 있으며, 이때 발생된 Tilt로 인한 오차각은 보상이 되지 않는 각으로서 \( 1^{\circ} \) 粫度 전자 Compass의 설계시 오차에 영향을 주는 다른 요소보다 훨신 크게 작용한다.</p><h1>IV. 결 론</h1><p>MR(Magneto Rosistive) 센서는 자기장의 세기가 수십 Microgauss에서 수십 Gauss에 이르기 까지 폭넓게 측정할 수 있는 감지 소자로서 지구자기장 세기의 공간 분도등과 같이 작은 자기장의 세기를 측정하는 분야 등에 폭넓게 사용된다.</p><p>MR센서에 의해 지구자기상의 세기를 측성하여 방위각을 결정하는 전자 Compass에서 정밀도(Accuracy)는 MR 센서 및 OP-Amp의 온도 Drift, DC Offset에 의한 오차, 측정 주변 자성체에 의한 자기장의 왜곡, 및 Compass Tillt에 의한 오차 등의 영향에 의해 결정된다.</p><p>따라서 본 연구에서는 MR 센서 및 OP-Amp의 온도 Drift, DC Offset에 의한 오차문제를 Set/Reset Pulse Switching 방법에 의해서, 측정기 주변 자성체에 의한 자기장의 왜곡에 의한 오차문제는 Hard-Iron Calibration 루틴의 수행에 의해서, 또한 Compass Tilt 에 의한 오차문세는 Euler Angle를 이용한 Rotational Equation에 의해 보상할 수 있도록 3축 MR 센서 및 3 축 Accelerometer를 기반으로 하는 전자 Compass를 설계하였다.</p><p>특히 이와 같이 설계한 전자 Compass에서 3 축 MR 센서의 Sensitivity 같은 특성이 서로 다르며 또한 OP-Amp의 Gain이 서로 다른 특성들을 규준화하기위한 과정인 S-Cal.루틴 수행시 Tilt 발생으로 인하여 발생되는 오차를 정량적으로 분석하였으며 이를 바탕으로 \( 1^{\circ} \) 䊟店 Compass를 설계할 수 있었다.</p>
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[
"상기 Tilt강태에서 방위각 \\( a(-0.1,-0.1,0.1, -0.1) \\)을 나타내는 수식은 무엇인가?",
"자기장의 세기가 수십 Microgauss에서 수십 Gauss에 이르기 까지 폭넓게 측정할 수 있는 감지 소자는 무엇인가?",
"MR센서가 적용될 수 있는 분야는 무엇인가?",
"어떤 부분에 MR센서가 적용될 수 있어?",
"MR센서에서 지구자기장의 세기를 측정하여 방위각 결정을 담당하는 것은 무엇인가?",
"측정기 주변 자성체에 의한 자기장의 왜곡에 의한 오차문제는 어떻게 해결할 수 있는가?",
"Compass Tilt에 의한 오차문제는 어떻게 해결할 수 있는가?",
"\\( 1^{\\circ} \\) 粫度 전자 Compass의 설계시 오차에 가장 큰 영향을 주는 요소는 무엇인가?",
"전자compass에서 정밀도는 어떻게 결정되는가?",
"정밀도는 전자compass에서 어떻게 정해질까?",
"MR 센서 및 OP-Amp의 온도 Drift, DC Offset에 의한 오차문제를 해결하는 방법은 무엇인가?",
"S-Cal.루틴의 실행시 발생된 방위각의 오차각이 크게 나타나는 이유는 무엇인가?",
"상기 Tilt로 인해 발생된 오차각( \\( a_{error} \\) )을 설명하는 수식은 무엇인가?"
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인공물ED
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Sensitivity Calibration 루틴 수행시 Tilt에 의한 방위각 측정 오차의 분석
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<h2>3. Tilt [P(+0.05,+0.05), R(-0.05,-0.05)] 상태로 S-Cal. 루틴을 수행</h2><p>상기의 Tilt 상태에서 S-Cal.루틴을 수행하여 취출된 Raw Data중에서 \( \mathrm{X}_{\max } \) 는 \( 2222, \mathrm{X}_{\min } \) 은 937, \( \mathrm{Y}_{\max } \) 는 3164 , \( \mathrm{Y}_{\min } \) 은 1874를 얻었으며, S-Scale Factor \( \mathrm{S}_{\mathrm{x}} \) 는 \( 1.004 \), \( \mathrm{S}_{Y}\)는 \( 1.000 \) 이다.</p><p>따라서 상기 Tilt상태에서의 방위각 \( a(+0.05,+0.05 \), \( -0.05,-0.05) \) 는 식 (16)으로, 상기 Tilt로 인해 발생된 오차각 \( \left(a_{\text {error }}\right) \) 은 식 (17)과 같으며 이를 그림 6 에 도시하였다.</p><p>\( \alpha(+0.05,+0.05,-0.05,-0.05)=\arctan \left(\frac{1281 \times 1.000 \times \sin \beta}{1292 \times 1.004 \times \cos \beta}\right) \)<caption>(16)</caption></p><p>\( \begin{aligned} \alpha_{\text {error }} &=\alpha(+0.05,+0.05,-0.05,-0.05)-\beta \\ &=\alpha(+0.05,+0.05,-0.05,-0.05)-\alpha(0,0) \end{aligned} \)<caption>(17)</caption></p><h2>4. Tilt [P(-0.05,-0.05), R(+0.05,+0.05)] 상태로 S-Cal. 루틴을 수행</h2><p>상기의 Tilt 상태에서 S-Cal.루틴을 수행하여 취출된 Raw Data 중에서 \( \mathrm{X}_{\max } \) 는 \( 2154, \mathrm{X}_{\min } \) 은 \( 865, \mathrm{Y}_{\operatorname{max}}\)는 \( 3223 \), \( \mathrm{Y}_{\min } \) 은 1952 를 얻었으며, S-Scale Factor \( \mathrm{S}_{\mathrm{x}} \) 는 \( 1.000 \), \( \mathrm{S}_{Y} \) 는 \( 1.013 \) 이다.</p><p>따라서 상기 Tilt상태에서의 방위각 \( a(-0.05,0.05 \), \( +0.05,+0.05) \) 는 식 (18)으로, 상기 Tilt로 인해 발생된 오차각 \( \left(a_{\text { error }}\right) \) 은 식 (19)와 같으며 이를 그림 7에 도시하였다.</p><p>\( \alpha(-0.05,-0.05,+0.05,+0.05)=\arctan \left(\frac{1281 \times 1.013 \times \sin \beta}{1292 \times 1.000 \times \cos \beta}\right) \)<caption>(18)</caption></p><p>\( \begin{aligned} \alpha_{\text {error }} &=\alpha(-0.05,-0.05,+0.05,+0.05)-\beta \\ &=\alpha(-0.05,-0.05,+0.05,+0.05)-\alpha(0,0) \end{aligned} \)<caption>(19)</caption></p><h2>5. Tilt [P(-0.05,-0.05), R(-0.05,-0.05)] 상태로 S-Cal. 루틴을 수행</h2><p>상기의 Tilt 상태에서 S-Cal.루틴을 수행하여 취출된 Raw Data중에서 \( \mathrm{X}_{\max } \) 는 \( 2154, \mathrm{X}_{\min } \) 은 865, \( \mathrm{Y}_{\max } \) 는 3164 , \( \mathrm{Y}_{\min } \) 은 1874를 얻었으며, S-Scale Factor \( \mathrm{S}_{\mathrm{x}} \) 는 1.002, \( \mathrm{S}_{Y} \) 는 \( 1.000 \) 이다.</p><p>따라서 상기 Tilt상태에서의 방위가 \( a(-0.05,-0.05 \), \( -0.05,-0.05) \) 는 식 (20)으로, 상기 Tilt로 인해 발생된 오차각 \( \left(a_{\text {error }}\right) \) 은 식 (21)과 같으며 이를 그림 8 에 도시하였다.</p><p>\( \alpha(-0.05,-0.05,-0.05,-0.05)=\arctan \left(\frac{1281 \times 1.000 \times \sin \beta}{1292 \times 1.002 \times \cos \beta}\right) \)<caption>(20)</caption></p><p>\( \begin{aligned} \alpha_{\text {error }} &=\alpha(-0.05,-0.05,-0.05,-0.05)-\beta \\ &=\alpha(-0.05,-0.05,-0.05,-0.05)-\alpha(0,0) \end{aligned} \)<caption>(21)</caption></p>
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"Tilt [P(+0.05,+0.05), R(-0.05,-0.05)] 상태에서 S-Cal.루틴을 수행하여 취출된 Raw Data중에서 2222의 값을 가진 것은 무엇인가?",
"Tilt [P(+0.05,+0.05), R(-0.05,-0.05)] 상태에서 S-Cal.루틴을 수행하여 취출된 Raw Data중에서 \\( \\mathrm{Y}_{\\max } \\)는 몇을 얻었어?",
"Tilt [P(+0.05,+0.05), R(-0.05,-0.05)] 상태에서 S-Cal.루틴을 수행하여 취출된 Raw Data인 S-Scale Factor \\( \\mathrm{S}_{\\mathrm{x}} \\)의 값은 몇이야?",
"Tilt 상태가 어떨 때 S-Cal.루틴을 수행하여 취출된 Raw Data중에서 \\( \\mathrm{X}_{\\max } \\)가 2222인 거야?",
"Tilt [P(+0.05,+0.05), R(-0.05,-0.05)] 상태에서 방위각 \\( a(+0.05,+0.05 \\), \\( -0.05,-0.05) \\) 을 나타내는 식은 뭐야?",
"식 (16)은 Tilt [P(+0.05,+0.05), R(-0.05,-0.05)] 상태에서의 무엇을 표현하는 식인가?",
"Tilt [P(-0.05,-0.05), R(+0.05,+0.05)] 상태에서 S-Cal.루틴을 실행하여 구해진 Raw Data 중에서 \\( \\mathrm{X}_{\\max } \\)는 얼마의 값을 얻었는가?",
"Tilt [P(-0.05,-0.05), R(+0.05,+0.05)] 상태에서 S-Cal.루틴으로 산출된 Raw Data 중 \\( 1.000 \\)의 값을 얻은 것은 무엇인가?",
"Tilt [P(-0.05,-0.05), R(+0.05,+0.05)] 상태에서 방위각 \\( a(-0.05,0.05 \\), \\( +0.05,+0.05) \\)을 나타내는 수식은 무엇인가?",
"Tilt [P(-0.05,-0.05), R(+0.05,+0.05)]로 인해 발생된 오차각을 보여주는 식은 뭐야?",
"Tilt [P(-0.05,-0.05), R(-0.05,-0.05)]로 인해 발생된 오차각을 나타내는 식은 무엇인가요?",
"Tilt [P(-0.05,-0.05), R(-0.05,-0.05)]에서 S-Cal.루틴을 수행하여 얻어진 Raw Data중에서 \\( \\mathrm{Y}_{\\min } \\)의 값은 얼마인가요?",
"식 (17)과 그림 6을 통해 Tilt [P(+0.05,+0.05), R(-0.05,-0.05)]로 인해 발생된 무엇을 확인할 수 있어?"
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인공물ED
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Sensitivity Calibration 루틴 수행시 Tilt에 의한 방위각 측정 오차의 분석
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<p>\( X_{\text {romp }}=X_{s f} \cdot X_{H}+X_{\text {dev }} \)</p><p>\( Y_{\text {comp }}=Y_{s f} \cdot Y_{H}+Y_{d e v .} \)<caption>(9)</caption></p><p>여기서, \[ \begin{array}{l} \mathrm{X}_{\mathrm{sf}}=1 \text { 혹은 }\left(\frac{Y_{\max }-Y_{\min }}{X_{\max }-X_{\min }}\right) \text { 중에서 큰값, } \\ \mathrm{Y}_{\mathrm{sf}}=1 \text { 혹은 }\left(\frac{X_{\max }-X_{\min }}{Y_{\max }-Y_{\min }}\right) \text { 중에서 큰값 } \\ \end{array} \] 이며,</p><p>\[ \begin{array}{l} X_{d e v}=\left[\left(\frac{X_{\max }-X_{\min }}{2}\right)-X_{\max }\right] \cdot X_{s f}, \\ Y_{d e v}=\left[\left(\frac{Y_{\max }-Y_{\min }}{2}\right)-Y_{\max }\right] \cdot Y_{s f} \end{array} \] 이다.</p><p>따라서 Tilt에 대한 보상 및 자기장 왜곡에 대한 보상이 이루어진 방위각 \( (\mathrm{a}) \) 은 식 (10)과 같이 주어진다.</p><p>\( \alpha=\arctan \left(\frac{Y_{c o m p}}{X_{c o m p}}\right) \)<caption>(10)</caption></p><h1>III.Sensitivity Calibration 루틴에서의 Tilt 영향</h1><p>3축 MR 센서를 구성하는 각축의 MR 센서는 Sensitivity 같은 특성이 서로 다르며 또한 Instrumentation Amp.가 서로 다른 Gain을 갖으며 이와 같이 서로 다른 특성들을 규준화 시키기 위한 과정인 Sensitivity Calibration 루틴 수행시 Tilt에 의해 측정 방위각에 미치는 영향을 정량적으로 분석하였다.</p><p>외부에 자기장을 왜곡시키는 자성체가 없는 Clean Magnet 환경에서 II 장에서 설계한 전자 Compass(그림 3)를 X축 및 Y축 MR 센서가 지평면에 수평하게 1회전 이상 회전하면서 3 축 MR 센서의 출력값인 Raw Data를 취출하는 Sensitivity Calibration 루틴(이하 S-Cal. 루틴이라 칭한다)을 수행하였다.</p><p>X축 MR 센서 및 Y축 MR 센서가 각각 최대값 및 최소값을 나타내는 방향에서 Tilt가 없는 상태(Tilt \( (0,0)) \)와 Tilt가 있는 상태(Tilt \( (\phi, \Theta) \) 의 경우 각각에 대하여 X축 및 Y축 MR 센서의 Raw Data를 이용하여 Tilt로 인해 발생되는 방위각 측정 오차를 확인하였다</p><h2>1. Tilt \( (0,0) \) 인 상태로 S-C a l. 루틴을 수행</h2><p>Pitch 각과 Roll 각을 지평면에 대해 각각 \( 0 \mathrm{rad} \).상태에서 S-Cal. 루틴을 수행하여 취출된 X축 및 Y축 MR 센서의 12-Bit A/D 컨버터 출력값인 Raw Data중에서 \( \mathrm{X}_{\max } \) 는 \( 2190, \mathrm{X}_{\min } \) 는 \( 898, \mathrm{Y}_{\max } \) 는 3195 , 및 \( \mathrm{Y}_{\min } \) 는 1914를 얻었다.</p>
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[
"방위각 \\( (\\mathrm{a}) \\)를 구할 때 쓸 수 있는 수식은 무엇인가?",
"서로 다른 Gain을 갖는 것처럼 서로 다른 특성들을 규준화되게 하기 위해서는 어떤 단계가 필요한가?",
"본 논문은 III절에서 무엇을 검토하였는가?",
"III절에서 본 논문은 무엇을 검토했지?",
"Sensitivity Calibration 루틴을 시행할 때 무엇 때문에 측정 방위각에 미치는 영향을 검토하려고 하는가?",
"외부에 자기장을 곡해시키는 자성체가 없는 환경에 해당하는 것은 무엇인가?",
"X축 MR 센서 및 Y축 MR 센서가 각각 최대값 및 최소값을 드러낼 때 Tilt가 없는 상태(Tilt \\( (0,0)) \\)와 Tilt가 있는 상태(Tilt \\( (\\phi, \\Theta) \\) 인 상황엔 무엇을 활용하여 측정 오류를 알아보았는가?",
"외부에 자기장을 곡해시키는 자성체가 없는 Clean Magnet 환경을 바탕으로 어떤 실험을 진행했는가?",
"X축 MR 센서 및 Y축 MR 센서가 각각 최대값 및 최소값에 관해서 X축 및 Y축 MR 센서의 Raw Data를 활용하여 무엇을 알아봤는가?"
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인공물ED
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Sensitivity Calibration 루틴 수행시 Tilt에 의한 방위각 측정 오차의 분석
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<p>지평면에 대한 Tilt인 Pitch 각 \( (\Phi) \) 는 Right Level 방향인 Y축의 회전각으로, Roll 각( \( \Theta) \) 은 Forward Level 방향인 X축의 회전각으로 정의한다.</p><p>이때 3축 Accelerometer에 의한 Pitch 각( \( \Phi) \) 과 Roll 각 \( (\Theta) \) 은 (3)식으로 정의 된다</p><p>\( \phi=\arctan \left(\frac{A_{X}}{\sqrt{A_{Y}{ }^{2}+A_{Z}^{2}}}\right) \)</p><p>\( \theta=\arctan \left(\frac{A_{Y}}{\sqrt{A_{X}{ }^{2}+A_{Z}{ }^{2}}}\right) \)<caption>(3)</caption></p><p>여기서, \(A_{X}\)는 X축 Accelerometer의 출력값, \(A_{Y}\)는 Y축 Accolerometer의 출력값, \(A_{Z}\)는 Z축 Accelerometer의 출력값이다.</p><p>한편 자기장에 대한 좌표축을 그림 1 과 같이 정의하고 Tilt각에 대한 좌표축은 그림 2 와 같이 정의한 공간에서 Euler Angle을 이용하여 3 Dimentional Rotations 으로부터 Azimuth Angle을 다음과 같이 구한다.</p><p>Y축에 대한 Rotation의 Matrix 표현은 식(4)와 같다.</p><p>\( \left[R_{\phi}\right]=\left[\begin{array}{ccc}\cos \phi & 0 & \sin \phi \\ 0 & 1 & 0 \\ \sin \phi & 0 & -\cos \phi\end{array}\right] \)<caption>(4)</caption></p><p>X축에 대한 Rotation의 Matrix 표현은 식(5)와 같다.</p><p>\( \left[R_{\theta}\right]=\left[\begin{array}{ccc}1 & 0 & 0 \\ 0 & \cos \theta & \sin \theta \\ 0 & \sin \theta & -\cos \theta\end{array}\right] \)<caption>(5)</caption></p><p>YX축에 대한 Rotation의 Matrix 표현은 식(6)과 같다.</p><p>\( \left[R_{\phi}\right] \cdot\left[R_{\theta}\right]=\left[\begin{array}{ccc}\cos \phi & 0 & \sin \phi \\ 0 & 1 & 0 \\ \sin \phi & 0 & -\cos \phi\end{array}\right] \cdot\left[\begin{array}{ccc}1 & 0 & 0 \\ 0 & \cos \theta & \sin \theta \\ 0 & \sin \theta & -\cos \theta\end{array}\right] \)<caption>(6)</caption></p><p>(6)식으로부터 X-Y 평면에서의 Rotational Equation은 식(7)과 같다.</p><p>\( \begin{aligned} X_{H} &=X \cdot \cos \phi+Y \cdot \sin \phi \cdot \sin \theta-Z \cdot \sin \phi \cdot \cos \theta \\ Y_{H} &=Y \cdot \cos \theta+Z \cdot \sin \theta \end{aligned} \)<caption>(7)</caption></p><p>여기서, X는 X축 MR 센서의 출력값, Y는 Y축 MR 센서의 출력값, Z는 Z축 MR 센서의 출력값이다.</p><p>따라서 Tilt가 보상된 Azimuth Angle은 식 (8)과 같다.</p><p>Azimuth \( =\arctan \left(\frac{Y_{H}}{X_{H}}\right) \)<caption>(8)</caption></p><p>한편 3 축 MR 센서의 측정위치 부근의 자성체에 의한 자기장의 왜곡에 따른 측정 방위가의 에러는 Hard-Iron Calibration 루틴을 수행하여 보상이 이루어진다. 3 축 MR 센서 중 X축 및 Y축 MR 센서가 지평면에 수평하게 Compass볼 1회전 이상 회전하면서 (7)식에 의해 Tilt가 본상된 X축 및 Y축 MR 센서의 최대값 및 최소값을 각각 \( \mathrm{X}_{\text {max }}, \mathrm{X}_{\text {min, }} \), 및 \( \mathrm{Y}_{\max }, \mathrm{Y}_{\text {min }} \) 이라 하면 자기장 왜곡이 보상된 X축값 \( \mathrm{X}_{\text {comp }} \) 및 Y축값 \( \mathrm{Y}_{\text {comp }} \) 는 각 각 식 (9) 와 같다.</p>
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"\\(A_{Y}\\)는 Y축 무엇을 의미하는가?",
"\\(A_{Y}\\)는 Y축 무엇을 뜻하는가?",
"\\(A_{X}\\)는 X축의 무엇을 의미하는가?",
"\\(A_{X}\\)는 X축의 무엇을 뜻하니"
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인공물ED
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\(0.18\mu m\) CMOS 공정을 이용한 WBAN용 비동기식 IR-UWB RF 송수신기
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<h1>III. 시뮬레이션 및 측정 결과</h1><p>본 논문에서는 WBAN용 OOK IR-UWB RF 송수신기를 설계 및 측정하였다. 설계된 UWB RF 송수신기는 \( 0.18 \mu \mathrm{m} \) CMOS 공정을 이용하여 설계 되었고 QFN-64 pin package로 제작하여 측정하였다. 단일 칩으로 설계되어 수신단의 저잡음 증폭기 및 가변 이득 증폭기의 성능은 측정할 수 없어서 모의실험 결과로 대신하였다. 그림 12는 설계된 저잡음 증폭기 full chain의 주파수 특성을 나타낸다. 전체 이득 특성은 \( 3- 5 \mathrm{GHz} \) 대역을 지원하며 \( 4 \mathrm{GHz} \) 에서 \( 39.5 \mathrm{~dB} \) 의를 가지며 \( 3.9 \mathrm{~dB} \) 의의 낮은 잡음 특성과 \( -10 \mathrm{~dB} \) 의 이하의 S11 특성을 가지고 있음을 확인 할 수 있다. 또한 RF active notch filter를 사용하여 \( 2.4\mathrm{GHz} \) 에서 약 \( 14 \mathrm{~dB} \) 정도의 rejection 특성을 가진다. 그림 13은 설계된 가변 이득 증폭기 단의 이득 특성을 나타낸다. Gain 제어 코드에 따라 \( -3-50 \mathrm{~dB} \)까지의 이득 범위를 가진다.</p><p>그림 14는 광대역 LC-VCO의 발진 주파수 측정 결과를 나타내고 있다. 4 bit cap bank와 varactor의 전압에 따라 \( 3.2- 4.8 \mathrm{GHz} \) 까지 주파수 변이가 가능하다. 설계된 LC-VCO는 low band UWB 신호를 만들기 위해 필요한 중심 주파수 대역 \( 3.5- 4.5 \mathrm{GHz} \) 를 모두 지원한다. 그림 15는 송신기의 출력 파형을 측정한 결과를 나타내고 있다. UWB low band 세 개 채널 3.5, 4.0, 4.5\( \mathrm{GHz} \) 의 중심주파수에서 \( 500 \mathrm{MHz} \) 의 대역폭을 가지는 UWB 신호의 spectrum 측정 결과를 보여준다. DPG와 RF switch를 이용하여 VCO를 충분히 발진 시킨 뒤 UWB pulse를 만들었기 때문에 중심 주파수가 변해도 거의 동일한 모양의 spectrum mask를 가지며 RFswitch의 가변저항 값을 조절하여 side lobe가 매우 작은 UWB 신호를 만들 수 있다. 중심 주파수 \(4 \mathrm{GHz} \)에서 전송속도 \( 15.6 \mathrm{Mbps} \)로 동작할 때 송신기의 평균 전력은 \( -48.14 \mathrm{~dB} / \mathrm{50MHz} \), 첨두 전력은\( -12.94 \mathrm{~dB} / \mathrm{50MHz} \)로 EIRP 규정을 모두 만족한다. 설계된 UWB 송신기의 duty cycle이 적용된 bit당 전력소모 측정 결과는 \( 0.3\mathrm{nJ} / \mathrm{bit} \) 이다.</p><p>그림 16은 각각의 data rate에 따라 수신단에서 복조된 최종 comparator 출력을 측정한 것으로 IEEE 802.15.6 표준에서 요구하는 최대 uncoded data rate인 \( 15.6 \mathrm{Mbps} \)까지도 문제없이 수신되는 것을 보여준다. 그림 17은 수신단의 감도 측정 결과를 보여준다. 간섭신호가 없고 RF active notch filter가 off 상태에서는 수신단 감도는 중심주파수에 따라\( -84.1 \sim -77.5 \mathrm{dBm} \)을 가진다. ISM band인 \( 2.4 \mathrm{GHz} \)에서 \( -30 \mathrm{dBm} \)의 interferer 신호가 UWB 신호와 같이 수신단에 인가되었을 때 수신 감도를 보면 \( 15 \mathrm{~dB} \) 이상 감도가 열화 됨을 보여준다. 이때 설계된 RF active notch filter를 사용하였을 경우 약 \( 10 \mathrm{~dB} \) 이상 수신 감도 개선되는 것을 확인 할 수 있다. 설계된 UWB 수신기의 전력소모는 \( 41 \mathrm{~mW} \) 이다.</p><p>표 1에는 설계 및 측정된 WBAN용 UWB 수신기의 성능을 정리 및 기존 발표된 논문들과 비교한 것을 보여준다. 그림 18은 제작된 IR-UWB RF 송수신기의 bare 칩 사진과 bare 칩을 QFN 64 pin package로 제작하여 측정에 사용된 테스트 모듈의 사진을 보여준다.</p>
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"어떻게 만들어야 중심 주파수가 변해도 거의 동일한 모양의 spectrum mask를 가지며 RFswitch의 가변저항 값을 조절하여 side lobe가 매우 작은 UWB 신호를 만들 수 있는가?",
"단일 칩으로 설계되어 수신단의 저잡음 증폭기 및 가변 이득 증폭기의 성능은 측정할 수 없어서 어떻게 하였는가?",
"UWB RF 송수신기는 어떻게 설계 되었는가?",
"어떻게 -3-50 \\mathrm{~dB}−3−50 dB까지의 이득 범위를 가지는가?",
"UWB RF 송수신시는 어떻게 측정하였는가?",
"어떻게 UWB RF 송수신시가 측량되었지?",
"LC-VCO는 low band UWB 신호를 만들기 위해 무엇을 하는가?",
"어떻게 2.4GHz 에서 약 14 \\mathrm{~dB}14 dB 정도의 rejection 특성을 가지는가?",
"어떻게 만들어야 중심 주파수가 변해도 거의 동일한 모양의 spectrum mask를 가지며 RFswitch의 가변저항 값을 조절하여 side lobe가 매우 작은 UWB 신호를 만들 수 있을까?",
"송신기의 평균 전력은 _48.14dB/50MHz, 첨두 전력은 _12.94dB/50 MHz로 ERIP 규정을 모두 만족하려면 어떻게 동작해야 되는가?"
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인공물ED
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교반기 매개변수에 따른 교반형 전자파 잔향실의 특성 및 유용성 평가
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<p>전계균일도를 분석한 결과, 교반기 면적의 증가에 의해 모든 교반기 각의 전계균일도가 향상되는 경향을 나타내며 교반기에 일정한 각을 주었을 때가 그렇지 않은 경우에 비해 더 우수한 전계균일도를 형성하는 것으로 나타났다. 교반기 각에 따라 전계균일도 변화 경향이 상이하게 나타나는데, 어떠한 교반기 각이 가장 신뢰성 있는 전계균일도 조건을 제공하는지를 x, y, z축에서 측정되는 전계강도 및 Quality Factor, 여기모드 수, 교반기 효율을 분석하여 찾고자 하였다.</p> <p>표 3은 측정된 전계강도의 최대값에 대하여 정규화한 x, y, z축별 전계강도와 편차치를 나타낸 것이다. 편차치가 크다는 것은 각각의 축에서 측정되는 전계가 균일하지 않다는 것을 나타내며, 내성평가 수행시 측정오차가 증가한다는 것을 의미한다. 교반기 각이 \( 90^{\circ} \)일 때에는 x, y축의 전계강도와 z축의 전계강도가 최대 \( 12.3 \% \) 의 편차를 나타내었으며 교반기 면적의 변화에 관계없이 큰 편차를 유지하였다. 교반기 각이 \( 30^{\circ}, 60^{\circ} \)인 경우에는 교반기 면적이 증가할수록 x, y, z축 전계강도의 편차가 감소하는 경향을 나타내었으나 z축 전계강도의 크기가 x, y축에 비해 상대적으로 높게 나타났다. 이는 해당 교반기 각을 가지는 교반기의 경우 전자파 잔향실 내부에서 형성되는 z 축 전계를 효과적으로 변화시키지 못하기 때문으로 판단된다. 이에 비해 교반기 각이 \( 45^{\circ} \) 인 경우 교반기 면적의 증가에 따라 큰 폭으로 편차가 감소하여 교반기 면적이 E일 때는 편차가 \( 3.2 \% \)로 가장 작은 값을 나타내었다.</p> <table border><caption>표 3 교반기 매개변수에 대한 정규화된 축별 전계강도 변화</caption> <tbody><tr><td colspan=2></td><td>A</td><td>B</td><td>C</td><td>D</td><td>E</td></tr><tr><td rowspan=4>\( 30^{\circ} \)</td><td>x축</td><td>0.525</td><td>0.566</td><td>0.554</td><td>0.566</td><td>0.566</td></tr><tr><td>y축</td><td>0.520</td><td>0.506</td><td>0.560</td><td>0.570</td><td>0.5735</td></tr><tr><td>z축</td><td>0.669</td><td>0.685</td><td>0.695</td><td>0.708</td><td>0.665</td></tr><tr><td>편차</td><td>\(8.5\%\)</td><td>\( 9.1 \% \)</td><td>\( 7.9 \% \)</td><td>\( 8.1 \% \)</td><td>\( 5.9 \% \)</td></tr><tr><td rowspan=4>\( 45^{\circ} \)</td><td>x축</td><td>0.570</td><td>0.552</td><td>0.580</td><td>0.614</td><td>0.620</td></tr><tr><td>y축</td><td>0.499</td><td>0.502</td><td>0.538</td><td>0.555</td><td>0.574</td></tr><tr><td>z축</td><td>0.678</td><td>0.645</td><td>0.632</td><td>0.635</td><td>0.635</td></tr><tr><td>편차</td><td>\( 9.0 \% \)</td><td>\( 7.2 \% \)</td><td>\( 4.7 \% \)</td><td>\( 4.1 \% \)</td><td>\( 3.2 \% \)</td></tr><tr><td rowspan=4>\( 60^{\circ} \)</td><td>x축</td><td>0.538</td><td>0.533</td><td>0.535</td><td>0.583</td><td>0.576</td></tr><tr><td>y축</td><td>0.530</td><td>0.536</td><td>0.554</td><td>0.546</td><td>0.556</td></tr><tr><td>z축</td><td>0.682</td><td>0.675</td><td>0.688</td><td>0.642</td><td>0.651</td></tr><tr><td>편차</td><td>\( 8.6 \% \)</td><td>\( 8.1 \% \)</td><td>\( 8.3 \% \)</td><td>\( 4.9 \% \)</td><td>\( 5.0 \% \)</td></tr><tr><td rowspan=4>\( 90^{\circ} \)</td><td>x축</td><td>0.556</td><td>0.566</td><td>0.521</td><td>0.566</td><td>0.572</td></tr><tr><td>y축</td><td>0.521</td><td>0.503</td><td>0.521</td><td>0.566</td><td>0.572</td></tr><tr><td>z축</td><td>0.750</td><td>0.731</td><td>0.766</td><td>0.765</td><td>0.751</td></tr><tr><td>편차</td><td>\( 12.3 \% \)</td><td>\(11.8\% \)</td><td>\( 13.4 \% \)</td><td>\( 12.3 \% \)</td><td>\( 11.2 \% \)</td></tr></tbody></table> <p>따라서 \( 45^{\circ} \)의 교반기 각을 가질 때 전자파 잔향실 내부의 모든 방향에서 수신되는 전계의 크기가 유사한 크기를 가진다고 판단할 수 있다.</p> <p>Quality Factor는 교반기 면적의 증가에 따라 감소하는 경향을 나타내었으며 이로 인해 전자파 잔향실 내부에 여기 되는 모드 수가 증가하는 것을 확인할 수 있었다. 이는 교반기 면적이 증가하면 교반기 표면에서의 표피 효과에 의한 에너지 손실이 증가하기 때문으로 사료된다. 교반기 효율은 독립적인 샘플을 생성하는 교반기의 성능을 나타내는 지표로, 교반기 각이 증가할수록 더 높은 효율을 가지는 것으로 나타났다.</p> <p>Quality Factor 및 여기 모드의 수는 교반기 매개변수 중 교반기 각의 변화보다는 교반기 면적의 변화에 민감한 것으로 나타났다. 교반기 효율은 교반기 각이 증가할수록 향상되는 경향을 나타내었으며, \( 45^{\circ} \) 의 교반기 각을 가질 때 교반기 면적 변화에 따른 교반기 효율의 증가 폭이 가장 크게 나타나는 것을 알 수 있었다. 또한 x, y, z축 전계강도의 편차가 교반기 각의 변화에 따라 크게 변화하는 것을 관찰하였으며, 교반기 각이 \( 45^{\circ} \) 일 때의 x, y, z축 전계강도 편차가 교반기 면적의 증가에 따라 크게 감소하는 것을 알 수 있었다.</p> <p>교반기 각에 따라서 이러한 차이가 나는 원인은 교반기에 의한 전자파의 산란 때문으로 추정된다. 입사되는 전자파가 잔향실 내부에서 무수히 반사되면서 무작위로 산란되는데, 교반기가 없는 경우 단지 벽에서의 반사만이 존재하므로 내부 전계 분포가 하나로 결정되지만 교반기가 존재하는 경우 회전하는 교반기에 의해 전자파의 반사가 일어나게 되어 전자파 잔향실 내부 전계 분포가 지속적으로 변화하게 된다. 이 때, 무작위의 입사각을 가지는 전자파가 교반기에 도달하게 되는데 이때의 입사각과 교반기 각에 의해서 반사각이 결정된다. 따라서 보다 다양한 반사각을 발생시키는 교반기 각에서 더 향상된 전계균일도를 얻을 수 있기 때문으로 판단된다. 데이터 분석결과 교반기 각이 \( 45^{\circ} \)일 때 x축 및 y축 전계에 크게 기여하는 것으로 나타났으며, 교반기의 면적이 넓을수록 전계균일도 및 교반기 효율이 향상되는 것을 확인할 수 있었다. 따라서 \( 45^{\circ} \)의 교반기 각과 E의 교반기 면적을 가질 때 가장 향상된 전계균일도 특성을 나타내었다.</p>
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"교반기 각이 \\( 30^{\\circ} \\)인 경우, x축의 값은 A에서 얼마야?",
"\\( 45^{\\circ} \\)의 경우, y축 값은 B에서 얼마야?",
"x축의 값이 B에서 0.506일 경우, 교반기의 각도는 얼마야?",
"B에서 z축이 0.731인 경우의 각도는 얼마야?",
"교반기 각이 \\( 60^{\\circ} \\)일 때, z축의 값은 E에서 얼마야?",
"E편차는 \\( 60^{\\circ} \\)의 교반기 각도에서 어느정도야?",
"C편차가 \\( 4.7 \\% \\)일 경우 교반기의 각도는 얼마야?",
"\\( 90^{\\circ} \\)의 A편차는 얼마야?"
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인공물ED
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연료전지용 3상 전류형 능동클램프 DC-DC 컨버터
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<h1>3. 시스템 구성 및 실험 결과</h1><p>제안하는 3 상 전류형 능동클램프 DC-DC 컨버터와 3 PWM 알고리즘을 검증하기 위하여 그림 8의 사진과 같이 \( 500 \mathrm{W} \) 프로토타입 컨버터를 제작하였다. 프로토타입 컨버터는 3상 PWM 패턴을 계산하는 DSP 제어기, 계산된 PWM 패턴을 6개의 주스위치와 클램프 스위치에 영전압 스위칭을 고려하여 분배하는 FPGA(EPM7128), 게이트 드라이버, 3조의 하프 브리지와 클램프 브리지가 장착된 4개의 히트 싱크 및 3상 고주파변압기로 이루어져 있다.</p><h2>3.1 시스템 구성</h2><p>그림 9는 3상 전류형 능동클램프 DC-DC 컨버터를 구동하기 위한 게이트신호 발생기의 블록도이다. 6상 기본신호 발생기로는 DSP320LF2407을 사용하고 있으며, 이 회로에서 발생된 신호는 FPGA EPM7128로 입력되어 6개의 주 스위치와 1개의 클램프 스위치를 위한 게이트신호를 발생시킨다. FPGA에는 주 스위치 및 클램프 스위치의 게이트신호 뿐만 아니라 이 스위치들의 ZVS 작동을 위한 dead-time 발생기를 내장하도록 프로그램 되어 있다.</p><p>게이트신호 발생기의 각 출력신호로 각 주 스위치 및 클램프 스위치의 게이트를 구동하기 위한 게이트 드라이버는 IR21064를 사용하였다. IR21064는 FPGA로부터의 게이트신호를 증폭해 주는 기능뿐만 아니라 게이트신호 발생회로와 전력회로의 절연도 제공해 준다. 주 스위치 및 클램프 스위치로는 International Rectifier사의 IRFB4227을 사용하고 있으며, 이 스위치는 소형 소자로는 매우 낮은 도통 저항 값 사양을 갖고 있다. 그림 10 은 게이트신호 발생기로부터 출력되는 각 스위치의 게이트신호 파형을 보여 준다.</p><p>입력 부스트 인덕터는 페라이트 토로이달 코어를 이용하여 제작하였다. 고주파변압기는 이수세라믹(주)의 EI-118 코어를 사용하여 1차와 2차의 권수비가 1 : 4인 단상 변압기로 제작하였다. 이렇게 제작된 3개의 단상 변압기는 델타-델타 결선되어 3상 풀 브리지 회로의 출력을 2차 측 3상 풀 브리지 정류기에 공급해 준다. 전류형 능동클램프 DC-DC 컨버터의 작동에 필요한 누설 인덕턴스는 변압기 자체의 누설 인덕턴스를 활용하였다.</p><h2>3.2 시뮬레이션 결과</h2><p>표 1은 시뮬레이션에 사용된 파라미터와 그 값을 보여준다. 그림 11은 표 1의 파라미터를 사용한 컨버터의 시뮬레이션 결과 파형을 보여준다. 3상 선 전류 \( I_{B} \)와 \( I_{C} \)는 \( I_{A} \)와 파형의 모양이 같고 위상만 \( 120^{\circ} \)의 차이가 있다.</p><table border><caption>표 1 시뮬레이션 파라미터</caption><tbody><tr><td>Parameter</td><td>Value</td><td>Parameter</td><td>Value</td></tr><tr><td>\( T_{s}\left(\mu_{\mathrm{sec}}\right) \)</td><td>40</td><td>\( V_{d}(\mathrm{V}) \)</td><td>30</td></tr><tr><td>\( L_{d c}(\mu \mathrm{H}) \)</td><td>330</td><td>\( V_{O}(\mathrm{V}) \)</td><td>370</td></tr><tr><td>\( L_{l k}(\mu \mathrm{H}) \)</td><td>13</td><td>\( P_{O}(\mathrm{W}) \)</td><td>500</td></tr><tr><td>\( n\)(turns)</td><td>4</td><td>\( C_{C}(\mu \mathrm{F}) \)</td><td>240</td></tr></tbody></table>
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"3개의 단상 변압기는 어떻게 3상 풀 브리지 회로의 출력을 2차 측 3상 풀 브리지 정류기에 공급해 줘?",
"표 1 시뮬레이션 파라미터에서 값이 40인 파라미터는 뭐야?",
"T_s 의 값은 뭐야?",
"V_O의 값은 무엇이지?",
"V_d의 값은 뭐야?",
"P_O의 값은 어떤 수가 되지?",
"표 1 시뮬레이션 파라미터에서 단위가 V인 파라미터 중 값이 더 큰 것은 무엇이지?",
"C_C의 값은 어떤 수치가 되지?",
"표 1 시뮬레이션 파라미터에서 단위가 μH인 파라미터 중 값이 더 큰 것은 어떤 것이지?",
"표 1 시뮬레이션 파라미터에서 값이 30인 파라미터는 뭐가 될까?",
"표 1 시뮬레이션 파라미터에서 단위가 μH인 파라미터 중 값이 더 작은 것은 무엇이지?",
"표 1 시뮬레이션 파라미터에서 값이 330인 파라미터는 무엇이지?",
"표 1 시뮬레이션 파라미터에서 값이 13인 파라미터는 무엇이지",
"값이 13인 파라미터는 표 1 시뮬레이션 파라미터에 따르면 어떤 것이 되나요",
"L_dc의 값은 뭐야?",
"L_lk의 값은 무엇인가요?",
"n의 값이 무엇이니?",
"표 1 시뮬레이션 파라미터에서 단위가 V인 파라미터 중 값이 더 작은 것은 뭐야?",
"표 1 시뮬레이션 파라미터에서 값이 370인 파라미터는 어떤 것이지?",
"값이 370인 파라미터는 표 1 시뮬레이션 파라미터를 보면 무엇이야",
"표 1 시뮬레이션 파라미터에서 n의 단위는 뭐지?",
"표 1 시뮬레이션 파라미터에서 값이 240인 파라미터는 무엇인가?",
"표 1 시뮬레이션 파라미터에서 값이 330인 파라미터의 단위는 무엇이지?",
"표 1 시뮬레이션 파라미터에서 P_O의 단위는 무엇인가?",
"표 1 시뮬레이션 파라미터에서 V_O의 단위는 무엇인가?",
"표 1 시뮬레이션 파라미터에서 값이 500인 파라미터는 뭘까?",
"표 1 시뮬레이션 파라미터에서 값이 4인 파라미터의 단위는 무엇일까?",
"표 1 시뮬레이션 파라미터에서 값이 30인 파라미터의 단위는 무엇이지?",
"표 1 시뮬레이션 파라미터에서 L_dc의 단위는 뭘까?",
"표 1 시뮬레이션 파라미터에서 값이 240인 파라미터의 단위는 무엇인가?",
"표 1 시뮬레이션 파라미터에서 값이 4인 파라미터는 뭐야?",
"표 1 시뮬레이션 파라미터에서 값이 13인 파라미터의 단위는 뭘까?",
"표 1 시뮬레이션 파라미터에서 값이 500인 파라미터의 단위는 뭔지 알려줄래?",
"표 1 시뮬레이션 파라미터에서 값이 370인 파라미터의 단위는 무엇이지?",
"표 1 시뮬레이션 파라미터에서 C_C의 단위는 뭐지?",
"표 1 시뮬레이션 파라미터에서 단위가 μ_sec인 파라미터의 값은 무엇일까?",
"표 1 시뮬레이션 파라미터에서 단위가 turns인 파라미터의 값은 뭐지?",
"표 1 시뮬레이션 파라미터에서 L_lk의 단위는 무엇일까?",
"표 1 시뮬레이션 파라미터에서 값이 40인 파라미터의 단위는 무엇일까?",
"표 1 시뮬레이션 파라미터에서 T_s의 단위는 뭔지 알려줄래?",
"표 1 시뮬레이션 파라미터에서 단위가 μF인 파라미터의 값은 뭘까?",
"표 1 시뮬레이션 파라미터에서 단위가 W인 파라미터의 값은 무엇인가?",
"표 1 시뮬레이션 파라미터에서 V_d의 단위는 뭔지 알려줄래?"
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인공물ED
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연료전지용 3상 전류형 능동클램프 DC-DC 컨버터
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<h2>3.3 실험 결과</h2><p>제작된 3상 전류형 능동클램프 DC-DC 컨버터에 입력전압 \( 30 \mathrm{V}_{\mathrm{DC}} \)를 인가하여 실험하였다. 그림 12(a)는 출력전압이 \( 370 \mathrm{V}_{\mathrm{DC}} \)가 되도록 듀티비 \(D \)를 맞추고 컨버터를 가동하여 측정한 \( V_{P N}, I_{d} \) 및 \( I_{S c} \)의 동작 파형을 보여준다. 그림 12(b)는 고주파변압기의 \( A \)상에 연결된 브리지에서 상하 두 MOSFET 스위치의 게이트 파형과 \( A \)상의 전류 \( I_{A} \)를 보여준다. 그림 12(a)에서 \( I_{d} \) 파형은 연료전지로부터의 입력전류가 연속임을 보여주며 \( I_{S c} \)는 클램프 커패시터와 변압기 누설 인덕턴스 사이의 공진 경로인 클램프 스위치의 전류 파형을 보여주고 있다. 그림 12(a),(b)에서 \( I_{A} \)와 \( I_{S c} \)를 비교해 보면 2.2 B절에서 설명한 바와 같이 \( I_{S c} \)의 최소값은 \( -I_{d} \)이고 최대값은 \( I_{d} \)이며 \( I_{A} \)의 최대값은 \( 2 I_{d} \)가 됨을 확인할 수 있다.</p><p>부하저항으로는 출력전압이 \( 370 \mathrm{V}_{\mathrm{DC}} \)일 경우를 기준으로 \( 200 \mathrm{W} \)와 \( 500 \mathrm{W} \)의 전력을 출력할 수 있도록 각각 \( 680 \Omega \)과 \( 270 \Omega \)을 사용하였다. 이 두 부하저항에 대하여 주 스위치 및 클램프 스위치의 게이트 구동 듀티비 \( (D) \)를 변화시키며 입력전압, 출력전압, 출력전력 및 효율을 측정하였다. 이 측정에는 YOKOKAWA사의 WT-230 DIGITAL POWER METER를 사용하였다. 표 2는 그 측정 결과를 보여 주고 있으며 가장 오른쪽 행에는 입출력 전압전달비의 계산 결과를 나타내고 있다. 효율은 전 구간 평균 약 \( 95 \% \) 정도를 보여주고 있으며, 변압기를 포함한 전압전달비는 듀티비 변화의 전 구간에 걸쳐 약 6~15 의 값을 보여주고 있다.</p><p>표 3은 입력전압을 \( 31 \mathrm{V} \)로 일정하게 인가하고 부하 저항을 약 \( 280 \Omega \)에서 \( 1.37 \mathrm{k} \Omega \)까지 변화시킬 때 출력 전압이 \( 370 \mathrm{V} \)로 일정하게 유지되도록 듀티비를 변화시키며 측정한 효율 데이터이다.</p><table border><caption>표 3 부하의 변화에 따른 효율측정 데이터</caption><tbody><tr><td>\( P_{o}(\mathrm{W}) \)</td><td>Efificency</td><td>Duty</td><td>\( V_{i}(\mathrm{V}) \)</td><td>\( V_{O}(\mathrm{V}) \)</td><td>\( V_{O} / V_{i} \)</td></tr><tr><td>98</td><td>\( 95.7 \% \)</td><td>0.61</td><td>31</td><td>369</td><td>11.91</td></tr><tr><td>200</td><td>\( 96.1 \% \)</td><td>0.63</td><td>31</td><td>373</td><td>12.03</td></tr><tr><td>301</td><td>\( 95.3 \% \)</td><td>0.65</td><td>31</td><td>373</td><td>12.04</td></tr><tr><td>399</td><td>\( 94.1 \% \)</td><td>0.67</td><td>31</td><td>373</td><td>12.02</td></tr><tr><td>503</td><td>\( 93.1 \% \)</td><td>0.69</td><td>31</td><td>375</td><td>12.09</td></tr></tbody></table>
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"본 실험에서 부하가 98일 때 효율 층적은 몇 %인가?",
"본 실험에서 부하가 200일 때 효율 층적은 몇 %인가?",
"부하의 변화에 따른 효율측정 데이터를 알 아볼 때, 효율 측정 결과 95.3%가 나오는 부하의 값은 무엇인가?",
"본 실험에서 부하가 98일 때<td>\\( V_{O} / V_{i} \\)의 값은 무엇인가?",
"본 실험에서 부하 200일 때 Duty의 값의 결과는 무엇인가?",
"본 실험에서 Duty의 값이 0.67이 나오는 부하의 양은 무엇인가?",
"본 실험에서 부하의 값이 200일 때 나올 수 있는 효율은 몇 %인가?",
"본 실험에서 부하의 값이 200일 때, 예상 할 수 있는<td>\\( V_{O} / V_{i} \\)의 값은 무엇인가?",
"본 실험에서 부하의 값이 503이 나오도록 기대하기 위해서 주어지는<td>\\( V_{O} / V_{i} \\)의 값은 무엇인가?",
"본 실험에서 부하의 값 503 일 때, 기대할 수 있는 효율은 얼마인가?"
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1d6cf85b-8cb9-468b-87f6-c69a35d75145
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인공물ED
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Anti-Phase IMD 선형화 기술을 이용한 W-CDMA 30W 대전력 증폭기
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<h1>요 약</h1> <p>본 논문에서는 구동단의 IMD 특성을 종단의 IMD 특성과 반대의 값을 갖도록 하는 anti-phase IMD 정합 기법을 이용하여 대전력 증폭기의 선형성을 개선하였으며, 이의 설계 과정을 나타내었다. W-CDMA 4FA 입력 신호 시 평균 출력 전력 \( 30 \mathrm{~W} \) 에서 ACLR - \( 55 \mathrm{dBc} @ 5 \mathrm{MHz} \) offset을 얻었으며, 최대 전력 이득을 얻기 위한 최적 정합 시와 측정 결과를 비교시, 약 \( 12 \mathrm{dBc} \) 이상 개선되었다. 또한, 평균 출력 전력 \( 50 \mathrm{~W} \) 에서도 상용 제품 규격을 만족 함을 보였다.</p> <h1>I. 서 론</h1> <p>이동 통신 시스템에 사용되는 기지국용 대전력 증폭기(high power amplifier)를 W-CDMA(Wideband Code Division Multiple Access)에 적용하려면 광대역에서 많은 양의 정보를 전송해야 하며, 이를 위해서 증폭기의 효율성(power added efficiency)과 선형성(li-nearity)이 중요한 설계 규격이 된다 \( { }^{[1]} \).효율성 개선 방법으로는 EER(Envelope Elimina-tion and Restoration), LINC(Linear amplification using Nonlinear Components) 및 Doherty 이론이 있으며, 이들 중 Doherty 기술이 추가적인 복잡한 회로 없이 효율을 향상시킬 수 있는 장점으로 인해 근래에 많이 사용하는 추세이다.선형성 개선 방법 중 feedforward 방법이 가장 개선 효과가 우수하지만 추가적인 회로를 사용해야 함에 따라 회로의 크기가 커지고, 가격이 증가하는 단점이 있다. 근래에는 고주파 증폭기에 사용되는 능동 소자(transistor)의 성능 개선에 힘입어, 제품 개발시 추가적인 선형화기를 사용하지 않고 고주파 전력 증폭기를 개발하는 추세이다. 증폭기 소자는 기존의 LDMOS(Laterally Diffused Metal Oxide Semiconductor)보다 성능이 우수한 것으로 알려진 GaN HEMT(Gallium Nitride High Electron Mobility Transistor)로 연구가 진행되고 있지만, 광대역 및 고출력 제품에 적용은 아직 상품화가 되지 않고 있다. 본 논문에서는 별도의 추가적인 선형화 회로를 사용하지 않고 선형성을 개선하는 방법을 사용하여,W-CDMA 4FA, 2,130~2,150 MHz 대역폭, PAR (Peak-to-Average Ratio) \( 8.5 \mathrm{~dB} \) 의 입력 신호를 인가시, 평균 전력(average power) \( 44.7 \mathrm{dBm} \) (30 watts)을 갖는 대전력 증폭기를 개발하였다.적용된 기술은 구동단 증폭기의 출력 왜곡 신호를 종단 증폭기의 출력 왜곡 신호와 역 위상 신호로 만들어 줌으로서 선형화 효과를 발생하는 것이다.</p> <h1>II. 본 론</h1> <h2>2-1 Anti-Phase IMD 선형화기 원리</h2> <p>일반적으로 전력 증폭기 설계시 각각의 증폭기 특성이 최대 전력 또는 최적화된 선형화 특성을 갖도록 적용한다. 그러나 이 방법의 경우, 개선량이 제한되어 있어서 제품화 시에는 feedforward 같은 선형화 회로를 추가해야 한다. 또한, 광대역폭을 갖는 WCDMA 신호용 대전력증폭기의 경우, 추가 회로를 사용하는 기존 선형화 방식은 고출력, 광대역 특성을 만족시키려면 크기가 커지고 비용이 많이 든다. 본 논문에서 적용한 선형화 방법은 그립 1 에 나타낸 것과 같이, 추가적인 선형화 회로 없이 종단 증폭기의 왜곡 특성을 보상할 수 있도록 구동단 증폭기의 왜곡 특성을 종단 증폭기의 왜곡 특성과의 역 위상(anti-phase)이 되도록 설계하는 것이다. 이때 구동 증폭기와 종단 증폭기의 개별적 선형화 특성은 의미가 없으며, 상호 연결하여 결합되었을 때에 나타나 선형화 특성이 중요하다.</p> <h2>2.2 Power Series를 이용한 AM to AM 왜곡 해석</h2> <p>만약, 2 단자 망에 기억성이 없다고 가정하고 출력전압이 입력 전압에 대해 동시성을 갖는다면 식 (1)과 같은 입력 전압 \( v_{i}(t) \) 에 대해 출력 전압 \( v_{o}(t) \) 는 식 (2)와 같이 power series로 표현될 수 있다.</p> <p>\( v_{i}(t)=A\left(\cos w_{1} t+\cos w_{2} t\right) \)<caption>(1)</caption></p> <p>\( v_{0}(t)=k_{1} v_{i}(t)+k_{3} v_{i}^{3}(t)+k_{5} v_{i}^{5}(t)+\cdots \)<caption>(2)</caption></p> <p>여기서 \( k_{1}, k_{2}, k_{3} \) 은 전력 증폭기의 이득과 왜곡을 나타내는 복소 계수이며, A는 신호의 크기이며, \( w_{1}, w_{2} \) 기본 각주파수이다.</p> <p>식 (1)을 식 (2)에 대입하여 정리하면 식 (3)~(5)와 같다\( { }^{[2]} \).</p> <p>\( \begin{aligned} v_{0}(t) f_{\text {fund }}=&\left(k_{1} A+\frac{9}{4} k_{3} A^{3}+\frac{25}{4} k_{5} A^{5} z\right) \\ & \cdot\left(\cos w_{1} t+\cos w_{2} t\right) \end{aligned} \)<caption>(3)</caption></p> <p>\( \begin{aligned} v_{o}(t)_{I M B} &=\left(\frac{3}{4} k_{3} A^{3}+\frac{25}{8} k_{5} A^{5}\right) \\ & \cdot\left\{\cos \left(2 w_{1} t-w_{2} t\right)+\cos \left(2 w_{2} t-w_{1} t\right)\right\} \end{aligned} \)<caption>(4)</caption></p> <p>\( \begin{aligned} v_{0}(t)_{M 5}=&\left(\frac{5}{8} k_{5} A^{5}\right) \cos \left(3 w_{1} t-2 w_{2} t\right) \\ &+\cos \left(3 w_{2} t-2 w_{2} t\right) \end{aligned} \)<caption>(5)</caption></p> <p>여기서 신호 주파수식 값인 식 (3)에서 신호의 크기 값인 \( \mathrm{A} \) 의 모든 값에 대해서 \( k_{1} / k_{3}, k_{5} / k_{1} \) 값은 정(+)의 값을 갖는다(in-phase IMD). 하지만 IMD3(3rd Intermodulation Distortion) 값인 식 (4)에서는 \( \mathrm{A} \) 의 모든 값에 대해서 \( k_{3} / k_{1}, k_{5} / k_{1} \) 값은 조정에 의해서 부 \( (-) \) 의 값을 갖도록 할 수 있다 (anti-phase IMD). 이를 위해서 그림 2 와 같이 구동단 증폭기에 역위상 왜곡 신호 발생회로를 적용하면 구현 가능하다 \( { }^{[3]} \). 또한, 증폭기의 입력단 바이어스 회로에 R-C 병렬회로를 사용하여 증폭기의 이득의 기울기를 감소시킴으로서 \( k_{3} / k_{1}, k_{5} / k_{1} \) 값을 부(-)의 값으로 변환하는 회로도 제안되었으며, 저전력 \( (27 \mathrm{dBm}) \mathrm{MMIC}(\mathrm{Mo-} \) nolithic Microwave Integrated Circuit)용으로 성능을 확인하였다\( { }^{[4]} \) . 본 논문에서는 동일 계열 소자인 LDMOS FET를 사용하여 대전력, 광대역 anti-phase IMD 특성을 갖도록 하는 방법을 기술한다.</p> <h2>\( 2-3 \) 설계 과정</h2> <p>먼저 출력 전력을 고려하여 사용할 소자를 선택하여 원하는 출력에서의 IMD 특성을 파악한다. 평균 전력 30 watts 대전력 증폭기용으로 선택한 종단 소자는 현재 시장에서 많이 사용되고 있는 \( \mathrm{Fr}- \)eescale사의 MRF21190 FET이며, 이의 IMD3 특성을 분석한다. 그림 3의 Freescale사 datasheet 그래프는 PAR(Peak Average Ratio) \( 8.5 \mathrm{~dB} \) 값을 적용한 PEP(Peak Envelope Power)값이므로 평균값을 최대값으로 변환하여 그 지점에 서의 IMD3 값의 변화량을 파악한다. 즉, \( 44.7 \mathrm{dBm}(30 \) watts \( ) \) 값에 \( \mathrm{PAR} 8.5 \mathrm{~dB} \) 값을 더하면 \( 53.2 \mathrm{dBm} \) 이 되며, 증폭기의 종단을 소자를 2개 사용한 발란스 구조(balanced type)를 적용하므로 이를 고려하면 소자의 최대 전력 값은 \( 53.2 \mathrm{dBm} \) 에서 3\( \mathrm{dB} \) 값을 빼면 최종적으로 \( 50.2 \mathrm{dBm} \) (105 watts) 값을 얻는다. 그림 3 의 그래프에서 이 지점은 \( \mathrm{MD} 3 \) 값이 높은 기울기의 증가하는 값을 가진다. 다음으로 구동단의 소자를 선택한다. 이는 종단 증폭기의 이득을 고려하여야 하며, 기본적으로 종단소자의 IMD3 특성과 반대 값을 가져야만 한다. 그림4는 이의 개념을 나타낸다 \( { }^{[5]} \).</p> <p>이를 수식으로 포시하면, 식 (6)은 AM to AM 왜곡에 의한 종단 증폭기에서 발생된 3 차 혼변조 신호를 나타낸 것이다.</p> <p>\( V_{0}(t)_{\text {FinalAmp. IMDB }}=\left(\frac{3}{4} K_{3} A{ }^{3} G\right) \) \( \cdot\left\{\cos \left(2 w_{1} t-w_{2} t\right)+\cos \left(2 w_{2} t-2 w_{1} t\right)\right\} \)<caption>(6)</caption></p> <p>여기서, \( G \) 는 종단 증폭기 이득이며, \( k_{3} \) 는 종단 증폭기의 3 차 혼 변조 복소 계수를 나타낸 것이다. 식 (6)을 제거하기 위해서 종단 증폭기에 입력되는 신호는 식 (7)과 같이 표현되어야 한다. 식 (7)은 구동 증폭기에서 발생되는 \( \mathrm{AM} \) to \( \mathrm{AM} \) 왜곡 특성을 이용하여 생성할 수 있다.</p> <p>\( v_{\text {out }}(t)_{\text {Drive amp. } m_{3}}=\left(\frac{3}{4} k_{3} A^{3} G\right) \) \( \cdot\left\{\cos \left(2 w_{1} t-w_{2} t\right)+\cos \left(2 w_{2} t-w_{1} t\right)\right\} \)<caption>(7)</caption></p> <p>여기서, \( G \) 는 구동 증폭기의 이득이며, \( v_{o}(t) \) Drive amp.\( { }^{M 3} \) 는 구동 증폭기의 3차 혼변조 왜곡 성분이다. \( k_{3}^{\prime} \) 의 부호는 구동 증폭기의 특성을 적절하게 조절하여 종단 증폭기의 \( k_{3} \) 와 부호가 반대가 되도록 최적화 하면 종단 증폭기의 \( \mathrm{AM} \) to \( \mathrm{AM} \) 왜곡은 전력 증폭기의 출력에서 상쇄되게 된다. 증폭기가 P1dB점을 지나서 비선형 영역에 동작점을 잡으면 이득의 증가량이 감소하게 되며, 이는 IMD가 증가함을 나타낸다. 즉, 비선형 동작점에서 는 이득과 IMD가 반대의 톡성을 가진다. 이 특성을 적용하여 종단 소자의 출력 전력 지점에서의 IMD 특성과 반대의 특성을 나타내는 구동단소자 종단 소자의 출력 전력 지점을 찾아서, 초기 동작점으로 적용한다. 초기 동작점을 찾는 과정을 보면, 종단 소자인 MRF21190 FET의 이득 값은 datasheet 상에는 typical\( 15.5 \mathrm{~dB} \) 로 명시되어 있지만, 본 논문에서 사용하는 입력 신호 조건에서는 약 \( 12 \sim 13 \mathrm{~dB} \) 의 이득 값에서 안정적인 특성을 나타내므로, 이득 값을 \( 12 \mathrm{~dB} \) 로 적용하였다. 다음으로 구동단의 출력 전력 값을 계산하면 평균 전력 값으로 약 \( 33 \mathrm{dBm} \) 을 얻는다.</p> <p>PAR \( 8.5 \mathrm{~dB} \) 값을 적용하여 최대 전력 값으로 변환하면, 약 \( 41.5 \mathrm{dBm}(14 \) watts)을 얻는다.>최대 전력 14 watts 부근 영역에서 종단 소자의 IMD 특성과 반대의 기울기를 갖는 소자를 선택한다. 본 논문에서 선택한 소자는 Freescale사의 MRF-21100 FET이다. 그림 5 의 그래프에서 IMD 값이 높은 기울기의 감소하는 값을 가지는 그래프는 \( I_{D Q}=950 \mathrm{~mA} \) 일 때이다. 구동단과 종단의 IMD 특성이 역위상이 되는 동작점을 찾으면, 이로서 구현 가능성이 확보하게 된다. >참고로 datasheet에서 표시하는 값은 two-tone 입력신호이므로 WCDMA 신호일 때와 측정시 차이가 발생하며 실험치에 의한 \( I_{D Q} \) 값의 조정이 필요하다. 또한, 종단 소자의 IMD 특성 기울기와 반대가 되는 구동 소자의 IMD 특성 기울기 값을 얻기 위해서는 구동 소자의 출력 정합단에 조정이 필요하다. 즉, 구동단의 IMD 변화량 기울기 값을 종단의 경우와 반대 값을 갖도록 조정하는 것이 중요한 요소가 되며, 이는 부(-)의 값을 가지는 구동단의 바이어스 회로와 입출력 정합단의 조정으로 가능하다. >본 논문의 경우, 구동단의 IMD 변화량 기울기를 조정하기 위하여 구동 소자의 출력 정합단에 조정을 하였다.</p> <h2>\( 2-4 \) 측 정</h2> <p>그림 6 은 본 논문에 사용된 대전력 증폭기 구성도이다. 측정을 위한 입력 신호는 WCDMA, \( 2,130 \sim 2,150 \)\( \mathrm{MHz}, 4 \mathrm{FA} \) 신호를 인가하였으며, PAR 값은 \( 8.5 \mathrm{~dB} \),출력 신호는 평균 전력 \( 47.7 \mathrm{dBm}(30 \) watts \( ) \) 이다. >먼저 일반적인 설계방법인 최대 전력 이득을 얻기 위한 최적 정합 설계의 경우, 측정값을 그림 7 과 그림 8에 나타내었다.< 측정값은, 구동단은 \( \mathrm{DC} \) 조건이 \( V_{D}=27 \mathrm{~V}, I_{D}=1.05 \)\( \mathrm{A} \) 이었으며, ACLR 값은 lower side가 -56.6 dBc@5\( \mathrm{MHz} \) offset, upper side가 \( -55.7 \mathrm{dBc} @ 5 \mathrm{MHz} \) offset를 얻었다. 최종단은 \( V_{D}=27 \mathrm{~V}, I_{D}=6.8 \mathrm{~A} \) 이었으며, \( \mathrm{ACLR} \) 값은 lower side가 -43.5 dBc@5 MHz offset, upper side가 -43.4 dBc@5 MHz offset를 얻었다. 이 경우, 구동단과 최종단의 입출력 정합 회로는 최대 전력 전달 특성을 갖도록 설계하였다. 구동단 출력 신호의 IMD 특성이 최종단과 비교하여 볼 때 매우 우수함을 볼 수 있다.</p> <table border><caption>Title</caption> <tbody><tr><td colspan=5>(단위: dac)</td></tr><tr><td rowspan=2>구 분</td><td colspan=2>구동단 출력 신호</td><td colspan=2>종단 출력 신호</td></tr><tr><td>하측파대</td><td>상측파대</td><td>하측파대</td><td>상측파대</td></tr><tr><td>최적 정합시</td><td>-56.6</td><td>-55.7</td><td>-435</td><td>-43.4</td></tr><tr><td>Amti-Phase MD 정합시</td><td>-473</td><td>-47.3</td><td>-56.1</td><td>-55</td></tr></tbody></table> <p>본 논문에서 사용한 anti-phase IMD 기법을 사용 하였을 때의 측정치를 보면, 구동단은 \( V_{D}=29 \mathrm{~V}, I_{D} \)\( =1.18 \mathrm{~A} \) 이었으며, ACLR 값은 \( -47.3 \mathrm{dBc} @ 5 \mathrm{MHz} \)offset, upper side가-47.3 dBc@5 MHz offset를 얻었다. 최종단은 \( V_{D}=29 \mathrm{~V}, I_{D}=6.6 \mathrm{~A} \) 이었으며, ACLR 값은 lower side가-56.1 dBc@5 MHz offset, upper side가-55.5 dBc@5 MHz offset를 얻었다. 양측의 ACLR 값이 \( 0.6 \mathrm{~dB} \) 정도 차이가 나는 것은 증폭기의 기억 효과(memory effect)에 의한 것으로 판단되며, 이는 소자의 게이트와 드레인 바이어스 라인상에 여러 개의 콘덴서를 병렬로 연결하여 대역폭을 넓혀줌으로서 해결할 수 있다 \( { }^{[6]} \). 일반적으로 사용하는 최대 전력 전달을 위한 최적 정합시와 측정 결과를 비교시, 약 \( 12 \mathrm{dBc} \) 이상 개선되었음을 알 수 있다(표 1 참조). 그림 11에 나타낸 것과 같이, 국내 상용 제품에 적용되는 ACLR 규격인 -45 dBC@5 MHz offset과 환경시험 시 약 \( 2 \mathrm{dBc} \) 의 여유(margin)을 두는 것을 고려시, 평균 전력 \( 47 \mathrm{dBm} \) (50 watts) 출력에서 \( -48 \)\( \mathrm{dBC} @ 5 \mathrm{MHz} \) offset 값을 얻음으로서 이의 적용 가능함을 보였다.</p> <h1>III. 결 론</h1> <p>본 논문에서는 anti-phase IMD 정합 기법을 이용하여 이동 통신 기지국용 대전력 증폭기의 선형성을 개선하였다. 제시한 기법으로 측정시 W-CDMA 4FA입력 신호시 평균 출력 전력 \( 30 \mathrm{~W} \) 에서 ACLR -55\( \mathrm{dBc} @ 5 \mathrm{MHz} \) offset을 얻었으며, 이는 기존 방식의 대전력 증폭기와 비교시 약 \( 12 \mathrm{dBc} \) 이상의 ACLR 값이 개선되었다. 또한, 평균 출력 전력 \( 50 \mathrm{~W} \) 에서도 상용제품 규격을 만족함을 보임으로서 feedforward 선형증폭기의 대체품으로 적용 가능하다. 소자(transis-tor)의 이득이나 IMD 특성의 변화량을 조정하는 분야에 대한 이론과 기술의 추가적인 연구가 필요하며, 소자의 지속적인 성능 개선과 함께 대전력 증폭기의 사용 영역이 고출력으로 넓어질 것으로 판단된다.</p>
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"증폭기의 효율성 개선 방법으로 사용되는 이론이 뭐야?",
"증폭기의 Doherty 기술의 효율성 개선방법 장점이 뭐야?",
"증폭기의 선형성을 개선하는 방법이 뭐야?",
"증폭기의 선형성을 어떻게 개선해",
"일반적으로 전력 증폭기 설계시 증폭기 특성이 최대 전력 또는 최적화된 선형화 특성을 갖도록 적용하려는 방법에서 추가 해야하는 점이 뭐야?",
"대전력 증폭기의 선형성을 개선하기 위하여 어떠한 기법을 사용했어?",
"선형성 개선 방법 중 feedforward 방법의 단점이 뭐야?",
"최대 전력 이득을 얻기 위한 최적 정합 설계이고 종단 출력 신호가 하측파대일때, 측성되는 값은?",
"최대 전력 이득을 얻기 위한 최적 정합 설계이고 구동단 출력 신호가 상측파대일때, 측성되는 값은?",
"최대 전력 이득을 얻기 위한 최적 정합 설계이고 종단 출력 신호가 상측파대일때, 측성되는 값은?",
"최대 전력 이득을 얻기 위한 Amti-Phase MD 정합시 설계이고 구동단 출력 신호가 하측파대일때, 측성되는 값은?",
"최대 전력 이득을 얻기 위한 Amti-Phase MD 정합시 설계이고 구동단 출력 신호가 상측파대일때, 측성되는 값은?",
"최대 전력 이득을 얻기 위한 Amti-Phase MD 정합시 설계이고 종단 출력 신호가 상측파대일때, 측성되는 값은?",
"최대 전력 이득을 얻기 위한 최적 정합 설계이고 구동단 출력 신호가 하측파대일때, 측성되는 값은?",
"최대 전력 이득을 얻기 위한 Amti-Phase MD 정합시 설계이고 종단 출력 신호가 하측파대일때, 측성되는 값은?"
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인공물ED
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전력품질개선기능을 갖는 계통연계형 태양광 발전시스템
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<h1>3. 시뮬레이션 및 실험</h1> <p>본 연구에서 제안한 전력품질개선기능을 갖는 계통연계형 태양광 발전시스템의 유용성을 확인하기 위하여 시뮬레이션과 \( 1[\mathrm{KVA}] \)급 시작품을 제작하여 실험하였다. 실험에 사용된 태양전지는 LS 산전의 GMG 01800의 태양전지 모듈 14개를 직렬로 구성하였다. GMG 01800은 출력전력 \( 80 \mathrm{[W]} \), 전압 \( 17.6 \mathrm{[V]} \), 오픈전압 \( 21.6 \mathrm{[V]} \), 전류 \( 4.55 \mathrm{[A]} \), 단락전류는 \( 5 \mathrm{[A]} \)이다. 시뮬레이션 결과와 실험 결과를 비교·분석하기 위해 시뮬레이션 조건과 실험조건은 동일하게 설정하였으며 표 1 과 같다.</p> <table border><caption>표 1 시뮬레이션 및 실험 조건</caption> <tbody><tr><td>Parameters</td><td>Values</td><td>Parameters</td><td>Values</td></tr><tr><td>계통전압</td><td>\( 220 \mathrm{Vrms} \)</td><td>인버터 입력전압</td><td>\( 230 \left[ \pm 70 \mathrm{V} \right] \)</td></tr><tr><td>기본 주파수</td><td>\( 60 \mathrm{Hz} \)</td><td>스위칭 주파수</td><td>\( 5 \mathrm{kHz} \)</td></tr><tr><td>필터 인덕터(\( \mathrm{L}_{\mathrm{c}}\))</td><td>\( 5 \mathrm{mH} \)</td><td>DC 링크 캐패시터</td><td>\( 1000 \mathrm{\mu F} \)</td></tr><tr><td>변압기 권선비</td><td>\( 1:2 \)</td><td>최대부하용량</td><td>\( 1 \mathrm{KVA} \)</td></tr></tbody></table> <h2>3.1 시뮬레이션 결과</h2> <p>제안된 시스템의 유용성을 확인하기 위하여 컴퓨터 시뮬레이션 프로그램인 PSIM을 이용하여 시뮬레이션을 수행하였다. 태양전지는 GMG 01800의 파라미터를 기준으로 C 언어를 이용하여 DLL 파일로 구성하였다. 그림 5는 제안된 시스템이 야간모드로 운전될 경우의 시뮬레이션 결과 파형으로 (a)는 유도성 부하, (b)는 비선형 부하로 (a)의 유도성 부하에 정류기를 추가한 형태이다. 그림 5에서 \( \mathrm{V}_{\_ \mathrm{grid}} \) 와 \( \mathrm{I}_{\_ \mathrm{grid}} \) 는 계통 전압과 전류이며, \( \mathrm{I}_{\_ \mathrm{load}} \)는 부하전류 \( \mathrm{I}_{\_ \mathrm{c}} \)는 인버터 출력전류이다.</p> <p>그림 5 (a)는 부하각이 약 \( 29.5^{\circ} \) 인 역률 \( 0.87 \)(지상)의 유도성 부하로 부하 전력은 약 \( 611 \mathrm{[W]} \)의 유효전력성분과 약 \( 345 \mathrm{[var]} \)의 무효전력성분으로 구성된다. 제안된 시스템은 PQC를 통해 부하에서 요구되는 무효전력 성분을 보상함으로서 계통의 전압과 전류의 위상차는 거의 "0"임을 확인할 수 있다. 그림 5 (b)는 (a)의 부하조건에서 정류기를 추가한 형태의 유도성 정류기 부하로, 제안된 시스템은 계통의 고조파성분이 포함된 무효전력을 보상함으로서 계통전류는 왜곡 없는 정현파임을 확인할 수 있다. 여기서 계통전류가 "0" 교차점(zero crossing)에서 약간의 서지가 발생하게 되는데 이는 유도성 정류기 부하의 특성으로 계통에 리액터를 추가하거나 인버터의 스위칭 주파수를 증가시켜 출력 전류의 동특성을 향상시키면 해결할 수 있다. 그림 6은 제안된 시스템이 주간모드로 운전될 경우의 시뮬레이션 파형으로 부하조건은 그림 5 (b)와 동일하며 그림 6 (a)는 일사량이 \( 500 \left( \mathrm{W} / \mathrm{m}^{2} \right) \), (b)는 일사량이 \( 1000 \left( \mathrm{W} / \mathrm{m}^{2} \right) \) 이고 온도는 \( 25 \left( ^{\circ} \mathrm{C} \right) \)로 설정하였다.</p> <p>그림 6에서 제안된 시스템은 일사량이 존재할 경우, MPPT 제어를 통해 MPP를 추종할 수 있는 유효지령전류와 부하조건에 따라 계통의 고조파성분을 포함한 무효전력을 보상할 수 있는 무효지령전류를 동시에 생성하여, 태양전지의 최대출력을 이용한 유효전력의 공급뿐 아니라 부하에서 요구되는 무효전력을 동시에 보상할 수 있다. 그림 6 (a)는 일사량이 \( 500 \left( \mathrm{W} / \mathrm{m}^{2} \right) \)일 경우로 부하에서 요구되는 유효전력과 무효전력을 인버터에서 공급하며, 계통은 부하 유효전력의 나머지 부분만을 공급하고 있음을 알 수 있다. 또한, 그림 6 (b)는 일사량이 \( 1000 \left( \mathrm{W} / \mathrm{m}^{2} \right) \)일 경우로 부하에서 요구되는 유효전력과 무효전력을 인버터에서 전부 공급하고, 남은 전력은 계통에 공급하고 있음을 알 수 있다. 따라서 제안된 시스템은 비선형 부하를 포함한 모든 부하 조건에서 MPPT 제어를 통해 태양전지의 최대전력을 얻음과 동시에 역률개선 및 고조파 저감 기능을 수행할 수 있다.</p>
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"계통연계형 태양광 발전시스템의 유용성 확인을 위해 어떻게 실험을 했어?",
"실험에서 쓰인 태양전지는 어떻게 구성되었어?",
"표 1의 경우 파라미터인 인버터 입력전압은 Value값이 뭐야?",
"표 1의 경우 파라미터인 인버터 입력전압은 Value값이 어떻게 돼?",
"시뮬레이션 및 실험 조건의 표에서 DC 링크 캐패시터는 Value값이 뭐야?",
"시뮬레이션 및 실험 조건의 표에서 DC 링크 캐패시터는 Value값이 어떻게 돼?",
"표 1에서 스위칭 주파수의 파라미터는 Value값이 뭐야?",
"표 1에서 스위칭 주파수의 파라미터는 Value값이 어떻게 돼?",
"시스템의 유용성 확인을 위해 어떻게 했어?",
"어떻게 시스템의 유용성 확인을 했지?",
"표 1 시뮬레이션 및 실험 조건에서 최대부하용량은 어떤 Value값을 가져?",
"태양전지는 어떻게 구성했어?",
"어떻게 태양전지가 구성돼?",
"계통전류가 \"0\" 교차점(zero crossing)에서 발생하는 서지는 어떻게 해결해?",
"표 1에서 계통 전압의 값은 뭐야?",
"표 1의 경우 기본 주파수는 어떤 값을 나타내?",
"표 1의 경우 기본 주파수는 뭐야?",
"표 1을 참고했을 때 필터 인덕터(\\( \\mathrm{L}_{\\mathrm{c}}\\))는 어떤 값을 가져?",
"표 1을 참고했을 때 필터 인덕터(\\( \\mathrm{L}_{\\mathrm{c}}\\))는 뭘까?",
"표 1에서는 변압기 권선비가 어떤 값을 나타내고 있어?",
"표 1에서는 변압기 권선비의 값은 뭘까?"
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인공물ED
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금속 접지 판이 없는 이중대역 메타 물질 흡수체
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<h1>I. 서 론</h1><p>메타 물질 구조에 대한 대부분의 기존의 연구들은 음의 굴절율을 나타내도록 하기 위하녀 메타 물질이 갖는 복소 유전율 \( \left(\epsilon=\epsilon^{\prime}+j \epsilon^{\prime \prime}\right) \) 및 복소 투자율\( \left(\mu=\mu^{\prime}+\mu^{\prime \prime}\right) \) 값 중에서 매질의 손실 성분을 나타내는 허수부분 값 \( \left(\epsilon^{\prime \prime}, \mu^{\prime \prime}\right) \) 이 최소화되도록 초점을 맞 추어 연구되어 왔다. 그러나 유전체의 손실 성분을 역으로 이용하여 이들 값을 오히려 인위적으로 크게 하여 추면 전자파 흡수 구조체를 구현할 수 있다. 연구 초기에는 자연계 상에 전파 흡수체 물질이 존재하지 않는 테라헤르츠파 주파수 대역 이상에서 메타물질 구조를 이용한 전파 흡수체에 대한 연구가 주로 진행되어져 왔다. 기존의 보고된 대부분의 메타 물질 흡수체 구조에는 금속의 접지 면이 사용되어져 왔다. 그러나 메타 흡수체의 설계에서는 기본적으로 공진형 흡수체 구조를 사용하므로, 어떤 금속의 목표물을 숨기고자 할 경우에 설계되어진 주파수 대역 이외의 주파수에서는 금속 도체 접지 판이 오히려 금속의 목표물로 작용하여 레이더 단면적(Radar Cross Section: RCS)을 증가시키게 된다. 본 연구에서는 이러한 단점을 해소하기 위한 방안으로 SRR의 자계 공진을 이용한 새로운 구조의 이중 대역 메타 물질 흡수체를 제안하였다.</p>
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"메타 물질 구조에 대한 대부분의 연구들은 어떻게 진행되어 왔어?",
"메타 물질 구조에 대한 대부분의 연구들은 어떤 방법으로 진행되지",
"기존의 보고된 대부분의 메타 물질 흡수제 구조에는 대부분 어떻게 되어있어?",
"메타 물질 구조에 관한 연구는 허수분값이 최소화 되도록 초점을 맞춰 연구되어 왔는데 허수분값은 어떻게 나타낼 수 있어?",
"유전체의 손실 성분을 역으로 이용하여 이들 값을 오히려 인위적으로 크게 하게 된다면 어떻게 돼?",
"메타 물질 구조에 대한 연구 중 초기에 진행된 연구들은 어떻게 진행되었어?",
"메타 흡수체의 설계에서 어떤 금속의 목표물을 숨기고자 하게 된다면 어떻게 돼?",
"메타 흡수체의 설계에는 기본적으로 어떻게 된 구조를 사용하니?",
"어떻게하면 레이더 단면적을 증가시키게되는 것을 해결할 수 있을까?"
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인공물ED
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일정 스위칭 주파수를 가지는 DTC 기반 IPMSM의 슬라이딩 모드 제어를 이용한 속응성 향상
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<h1>Ⅰ. 서론</h1><p>영구자석 동기 전동기(Permanent Magnet Synchronous Motor, PMSM)는 영구자석의 부착 형태에 따라 표면부착형 영구자석 동기 전동기(Surface mounted Permanent Magnet Synchronous Motor, SPMSM)와 매입형 영구자석 동기 전동기(Interior Permanent Magnet Synchronous Motor, IPMSM)로 분류한다. IPMSM은 고속 운전에 유리하며, 출력밀도가 크고, 효율이 높아 고성능 제어가 요구되는 분야에 활발하게 적용되고 있다.</p><p>IPMSM의 순시 토크 제어 기법은 크게 자속 기준 제어(Field Oriented Control, FOC) 기법과 직접 토크 제어(Direct Torque Control, DTC) 기법으로 구분한다. DTC 기법은 1980년대 유도 전동기 기반에서 치음으로 제안되었으며, 이 후 PMSM 기반의 DTC 기법이 연구되었다. DTC 기법은 자속과 토크를 직접 제어하므로, FOC 기법에 비해 속응성이 우수하고, 구조가 간단하며, 운전 중 전동기의 정수 변화에 영향을 받지 않는 장점이 있으나, 토크 리플이 크고, 스위칭 주파수가 일정하지 않은 단점이 있다.</p><p>일반적인 DTC 기법에서 토크 리플이 큰 단점을 개선하기 위해 공간 벡터 변조 기반의 DTC 기법, 토크 예측 제어 기법, 슬라이딩 모드 (Sliding Mode Control, SMC) 기반의 DTC 기법 등 다양한 연구가 진행되었다. 그 중에서 비선형 기법인 SMC를 이용한 DTC 기법은 히스테리시스 제어기를 기반으로 토크 리플을 감소시키고, 운전 중 정수 변동에도 강인한 제어 기법이다.</p><p>히스테리시스 제어기를 사용하는 일반적인 DTC 기법에서 스위칭 주파수가 일정하지 않은 단점을 보완하기 위헤 최근에는 유도 전동기 및 PMSM 기반의 일정 스위칭 주파수를 가지는 DTC 기법 (Constant Frequency Torque Control, CFTC)이 연구되고 있다. CFTC는 비례-적분(Proportional-Integral, PI) 토크 제어기와 일정 주파수의 삼각파 비교기로 결정한 토크 오차 상태를 스위칭 테이블에 인가하는 기법으로 일정 주파수의 삼각파 비교기에 의해 토크 오차 상태가 일정한 주파수를 가지게 하는 기법이다. 하지만, CFTC는 PI 토크 제어기에 의해 일반적인 DTC 기법보다 속응성이 떨어지는 단점이 있다. 최근 로보틱스, 압연 및 공작 기계 등의 고성능 드라이브 분야에서는 IPMSM의 빠른 속응성이 요구되므로 이를 향상시키기 위한 방법이 필요하다.</p><p>따라서, 본 논문에시는 CFTC 기반에서 IPMSM의 속응성 향상을 위한 SMC 기법을 제안한다. 일정 스위칭 주파수에시도 속응성을 향상시키기 위해서 SMC 기법으로 토크 오차를 설정하여 슬라이딩 평면에 설정하고, 출력을 PI 토크 제어기의 입력으로 설정한다. PI 토크 제어기의 출력은 삼각파 비교기에 의해 일정한 주기를 가지는 토크 오차 상태로 제어된다. 제안하는 기법의 타당성을 시뮬레이션을 통하여 검증한다.</p>
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"영구자석 동기 전동기 중에는 표면부착형인 형태가 있는가?",
"영구자석 동기 전동기 중에는 매입형인 형태가 있는가?",
"IPMSM은 무엇의 약자인가?",
"IPMSM은 고속 운전에 유리한 특성을 가지고 있는가?",
"영구자석 동기 전동기는 어떻게 분류되는가?",
"IPMSM은 출력밀도가 작은 편인가?",
"IPMSM의 에너지 효율이 높은 편인가?",
"IPMSM은 어떤 분야에 적용되고 있는가?",
"왜 IPMSM이 고성능 제어가 요구되는 분야에 적용되는거야?",
"IPMSM이 고성능 제어가 요구되는 분야에 적용되는 이유는 무엇인가?",
"FOC는 무엇의 약자인가?",
"DTC는 무엇의 약자인가?",
"IPMSM의 기법은 어떻게 구분되는가?",
"DTC 기법은 언제 처음으로 제안되었는가?",
"최초로 DTC 기법이 제안되었을 때 기반으로 사용한 것은 무엇인가?",
"PMSM 기반으로 DTC 기법이 연구되었는가?",
"유도 전동기 기반으로 DTC 기법을 연구할 수 있었는가?",
"DTC 기법은 FOC 기법에 비해 속응성이 우수한가?",
"DTC 기법은 FOC 기법에 비해 구조가 간단한가?",
"DTC 기법은 FOC 기법에 비해 운전 중 전동기의 정수 변화에 영향을 많이 받는가?",
"DTC 기법은 FOC 기법에 비해 토크 리플이 큰 편인가?",
"FOC 기법과 비교했을 때 DTC의 장점은 무엇인가?",
"FOC 기법과 비교헀을 때, DTC 기법의 단점은 무엇인가?",
"공간 벡터 변조 기반의 DTC 기법 연구를 통해 토크 리플이 크다는 문제점을 개선할 수 있는가?",
"토크 예측 제어 기법의 연구를 통해 DTC 기법의 토크 리플이 크다는 단점을 개선할 수 있는가?",
"슬라이딩 모드 기반의 DTC 기법 연구를 통해 토크 리플을 줄일 수 있는가?",
"DTC 기법에서 토크 리플이 큰 단점을 개선하기 위해 진행된 연구는 무엇인가?",
"CFTC는 무엇의 약자인가?",
"SMC를 이용한 DTC 기법은 운전 중 정수 변동에도 강한 제어 기법인가?",
"SMC를 이용한 DTC 기법의 장점은 무엇인가?",
"CFTC 기법은 어떻게 돼?",
"CFTC의 단점은 무엇인가?",
"로보틱스 분야에서 IPMSM의 빠른 속응성이 요구되는가?",
"얍연 분야에서 IPMSM의 빠른 속응성은 큰 관계가 없는가?",
"공작 기계 분야에서 IPMSM의 빠른 속응성이 요구되는가?",
"DTC 기법은 FOC 기법에 비해 스위칭 주파수가 일정한 편인가?",
"IPMSM의 순시 토그 제어 기법 중에는 직접 토크 제어 기법이 있는가?",
"IPMSM의 순시 토그 제어 기법 중에는 기준 제어 기법이 있는가?"
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인공물ED
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일정 스위칭 주파수를 가지는 DTC 기반 IPMSM의 슬라이딩 모드 제어를 이용한 속응성 향상
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<h2>2. IPMSM의 일반적인 DTC 기법</h2><p>DTC 기법의 기본 원리는 전압 벡터의 적절한 선택으로 고정자 쇄교 자속을 직접 제어하여 토크를 제어하는 것이다. 전압 벡터는 스위칭 상태 변화를 최소화하는 방식으로 선택하여 구동 인버터에 인가한다.</p><p>식 (\(4\))에서 고정자 쇄교 자속을 한 주기만 고려하면, 식 (\(4\))는 식 (\(6\))으로 표현할 수 있다.</p><p>\[ \lambda_{s}=V_{s} t-R \int i_{s} d t+\lambda_{b \mid t}=0 . \]<caption>(6)<caption></p><p>식 (\(6\))에서 고정자 저항을 무시하면, 고정자 쇄교 자속 벡터 \( \lambda_{6} \)는 그림 \(3\)과 같이 인가하는 전압 벡터의 방향으로 이동하는 것을 알 수 있다.</p><p>일반적인 DTC 기법은 토크 및 쇄교 자속 추정기, 히스테리시스 제어기, 스위칭 테이블로 구성한다. 인가하는 전압 벡터는 추정된 자속이 위치한 영역과 히스테리시스 제어기 출력에 따라 스위칭 테이블에서 결정된다.</p><p>그림 \(4\)는 일반적인 DTC 기법의 블록도를 나타낸다. 일반적인 DTC 기법의 스위칭 테이블은 표 \(1\)과 같다.</p><h2>3. 일정 스위칭 주파수를 가지는 DTC(CFTC) 기법</h2><p>그림 \(5\)는 일정 스위칭 주파수를 가지는 DTC 기법 CFTC를 나타낸다. 일반적인 CFTC 기법은 적절한 전압 벡터의 선택으로 고정자 쇄교 자속을 직접 제어하여 토크를 제어하는 일반적인 DTC 기법과 유사하다.</p><p>토크 및 쇄교 자속 추정기를 통해 IPMSM의 토크와 자속을 계산하며, 자속 히스테리시스 제어기로 자속 오차 상태를 결정하고, 스위칭 테이블을 이용하여 전압 벡터를 선택한다. 일반적인 DTC 기법에서는 히스테리시스 제어기를 통해 토크 오차 상태를 결정한다. 이와 달리, CFTC 기법에시는 PI 토크 제어기의 출력을 삼각파와 비교하는 토크 레귤레이터로 토크 오차 상태를 결정한다. 하지만, CFTC 기법은 일반적인 DTC 기법에 비해서 속응성이 좋지 않다.</p><p>그림 \(6\)은 토크 레귤레이터에 의한 토크 오차 상태를 나타내며, 토크 오차 상태는 식 (\(7\))과 같이 PI 토크 제어기의 출력 \( \left(T_{c}\right) \) 과 삼각파(Carrier)를 비교하여 결정한다.</p><p>\[ T_{\text {err,status }}=\left\{\begin{array}{cl} 1, & T_{c} \geq \text { Carrier } \\ -1, & T_{c}<\text { Carrier }, \end{array}\right. \]<caption>(7)<caption></p><p>여기서, \( T_{c} \) 는 PI 토크 제어기의 출력이다.</p>
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[
"전압 벡터는 어떻게 선택해야 돼?",
"어떻게 전압 벡터가 선택되지?",
"그림 4는 어떤 그림을 나타낸거야?",
"그림 4가 나타내는 것은 뭐지?",
"전압 벡터의 선택으로 고정자 쇄교 자속을 직접 제어하여 토크를 제어하는 일반적인 DTC 기법과 유사한 것은 뭐야?",
"무엇을 통해 IPMSM의 토크와 자속을 계산해?",
"스위칭 테이블은 무엇에 사용돼?",
"무엇에 스위칭 테이블이 이용돼?",
"일반적인 DTC 기법에서는 무엇을해?",
"PI 토크 제어기의 출력을 삼각파와 비교하는 토크 레귤레이터로 토크 오차 상태를 결정하는 기법은 뭐야?",
"전압 벡터는 어디로 인가해?",
"어디로 전압 벡터가 인가하지?",
"전압 벡터의 적절한 선택으로 고정자 쇄교 자속을 직접 제어하여 토크를 제어하는 것을 뭐라고 해?",
"무엇으로 자속 오차 상태를 결정해?",
"식 (4)를 식 (6)으로 표현하려면 식 (4)에서 고려해야 하는 것은 뭐야?",
"토크 레귤레이터에 의한 토크 오차 상태를 어디에 나타냈어?"
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인공물ED
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일정 스위칭 주파수를 가지는 DTC 기반 IPMSM의 슬라이딩 모드 제어를 이용한 속응성 향상
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<h1>IV. 시뮬레이션 결과</h1><p>제안하는 기법의 타당성을 검증하기 위해 PSIM tool을 이용하여 시뮬레이션을 진행하였다. 시뮬레이션 파라미터는 표 \(2\)와 같다.</p><p>그림 \(9\)와 그림 \(10\)은 일반적인 CFTC 기법과 제안하는 SMC를 이용한 CFTC에서 IPMSM 토크 제어 시뮬레이션 결과를 나타낸다. IPMSM의 속도는 \( 300 \mathrm{rpm} \)으로 설정하였으며, 지령 쇄교 자속은 \( 0.9 \mathrm{Wb} \), 지령 토크는 \( 20 \mathrm{Nm}, 40 \mathrm{Nm} \)로 가변하였다. 토크 레귤레이터의 삼각파 주기는 \(150\) \( \mathrm{ms} \)이며, \( T_{p} \)는 \( 60 \mathrm{Nm} \)로 설정하였으며, PI 토크 제어기의 비례, 적분 이득 \( K_{p t}, K_{i t} \)는 각각 \(3\)과 \(30\)으로 설정하였다. 슬라이딩 평면 계수 \( k \)는 \(1\)로 설정하였고, 정상 상태에서 출력 토크에 불필요한 채터링 현상이 발생하지 않도록 SMC 이득 \( K_{\mathrm{smc}} \)를 \(4\)로 설정하였다.</p><p>그림 \(11\)과 그림 \(12\)는 일반적인 CFTC 기법과 제안하는 SMC를 이용한 CFTC 기법에서 지령 토크 가변 시의 속응성에 관한 시뮬레이션 결과를 나타낸다. IPMSM의 속도는 \( 300 \mathrm{rpm} \)으로 설정하였으며, 지령 쇄교 자속은 \( 0.9 \mathrm{~Wb} \), 지령 토크는 \( 0.5 \mathrm{~s} \)에 \( 20 \mathrm{Nm} \)에서 \( 40 \mathrm{Nm} \)으로 설정하였다. 그림 \(11\)에 나타낸 일반적인 CFTC 기법에서 토크 제어 응답 시간은 \( 0.89 \mathrm{~ms} \)이며, 그림 \(12\)에 나타낸 제안하는 SMC를 이용한 CFTC 기법에서 토크 제어 응답 시간은 \( 0.45 \mathrm{~ms} \)이다.</p><p>그림 \(13\)과 그림 \(14\)는 각각 일반적인 CFTC 기법과 제안하는 SMC를 이용한 CFTC 기법에서의 IPMSM 속도 제어 시뮬레이션 결과를 나타낸다. 부하 토크는 \( 15 \mathrm{Nm} \)로 설정하였으며, 지령 쇄교 자속은 \( 0.9 \mathrm{~Wb} \)로 설정하였다. 지령 속도는 \( 300 \mathrm{rpm} \)에서 \( 900 \mathrm{rpm} \)으로 설정하였다. 토크 레귤레이터의 삼각파 주기는 \( 150 \mu \mathrm{S} \)이며, \( T_{p} \)는 \( 60 \mathrm{Nm} \)로 설정하였다. 슬라이딩 평면 계수 \( k \)는 \(1\)로 설정하였고, \( \mathrm{SMC} \) 이득 \( K_{\mathrm{smc}} \)는 \(4\)로 설정하였다.</p><p>그림 \(15\), 그림 \(16\)은 일반적인 CFTC 기법과 제안하는 SMC를 이용한 CFTC 기법에서 지령 속도 가변 시의 토크 속응성에 관한 시뮬레이션 결과를 나타낸다. 부하 토크는 \( 15 \mathrm{Nm} \)로 설정하였으며, 지령 속도는 \( 0.5 \mathrm{~s} \)에 \( 300 \mathrm{rpm} \)에서 \( 900 \mathrm{rpm} \)으로 설정하였다. 그림 \(15\)에 나타낸 일반적인 CFTC 기법에서 토크 제어 응답 시간은 \( 1.61 \mathrm{~ms} \)이며, 그림 \(16\)에 나타낸 제안하는 SMC를 이용한 CFTC 기법에서 토크 제어 응답 시간은 \( 1.18 \mathrm{~ms} \)이다. 결과적으로, 제안하는 SMC를 이용한 CFTC 기법으로 IPMSM의 토크 제어 속응성이 향상되었다.</p>
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"그림 \\(13\\)과 그림 \\(14\\)는 어떤 시뮬레이션 결과를 보여주는가?",
"PSIM tool을 사용해 제안하는 기법의 타당성을 증명하기 위한 어떤 것을 진행하였나?",
"PSIM tool을 사용한 것은 제안하는 기법의 어떤 것을 증명하기 위한 것인가?",
"시뮬레이션을 할 때 어떤 것을 사용하여 진행하였나?",
"IPMSM 토크 제어 시뮬레이션 결과는 어디에서 나타냈나?",
"시뮬레이션 결과가 나온 것은 제안하는 SMC와 일반적인 어떤 기법을 사용한 것인가?",
"본문의 그림 \\(9\\)와 그림 \\(10\\)은 CFTC에서 어떤 결과를 드러냈나?",
"\\( 300 \\mathrm{rpm} \\)는 어떤 속도로 설정한 것인가?",
"IPMSM의 speed는 얼마의 \\( \\mathrm{rpm} \\)로 정했나?",
"지령 쇄교 지속은 얼마의 \\( \\mathrm{Wb} \\)로 가변했나?",
"시뮬레이션 결과에서 가변한 것 중 지령 토크는 얼마의 \\( \\mathrm{Nm} \\)로 나타냈나?",
"시뮬레이션 결과에서 \\( 0.9 \\mathrm{Wb} \\)로 가변한 것은 어떤 것에 속하는가?",
"그림 9와 그림 10의 시뮬레이션 결과에서 \\( 20 \\mathrm{Nm}, 40 \\mathrm{Nm} \\)로 가변한 것은 무엇인가?",
"\\( T_{p} \\)는 얼마의 \\( \\mathrm{Nm} \\)로 정하였나?",
"\\(150\\) \\( \\mathrm{ms} \\)은 어떤 삼각파 주기인가?",
"각각 \\(3\\)과 \\(30\\)으로 set up한 적분 이득 \\( K_{p t}, K_{i t} \\)는 어떤 것에 비례하는가?",
"그림 13과 그림 14의 시뮬레이션 결과에서 \\( 15 \\mathrm{Nm} \\)로 설정한 것은 무엇인가?",
"그림 13과 그림 14의 시뮬레이션 결과에서 부하 토크는 얼마의 \\( \\mathrm{Nm} \\)로 설정하였나?",
"그림 13과 그림 14의 시뮬레이션 결과에서 지령 속도는 얼마에서 얼마까지로 설정하였나?",
"그림 \\(15\\), 그림 \\(16\\)는 어떤 시뮬레이션 결과를 보여주는가?",
"그림 15, 그림 16의 결과에서 지령 속도 \\( 300 \\mathrm{rpm} \\)에서 \\( 900 \\mathrm{rpm} \\)는 몇 \\( \\mathrm{~s} \\)로 설정하였나?",
"그림 \\(15\\)의 토크 제어 응답 시간은 얼마의 \\( \\mathrm{~ms} \\)로 나타났나?",
"그림 \\(16\\)의 토크 제어 응답 시간은 얼마의 \\( \\mathrm{~ms} \\)로 나타났나?",
"CFTC에서 시뮬레이션 결과를 볼 때 제안하는 어떤 것을 사용했는가?",
"각각 \\(3\\)과 얼마로 적분 이득 \\( K_{p t}, K_{i t} \\)을 설정하였나?",
"\\(1\\)로 설정한 슬라이딩 평면 계수는 무엇인가?",
"SMC 이득 \\( K_{\\mathrm{smc}} \\)를 불필요한 채터링 현상이 발생하지 않도록 얼마로 설정하였나?",
"그림 \\(11\\)과 그림 \\(12\\)는 CFTC 기법에서 어떤 시뮬레이션 결과를 보이는가?",
"그림 11과 그림 12의 시뮬레이션 결과에서 지령 토크 \\( 0.5 \\mathrm{~s} \\)에 어디에서 어디까지로 설정하였나?",
"그림 \\(11\\)의 토크 제어 응답 시간은 얼마의 \\( \\mathrm{~ms} \\)로 나타났는가?",
"그림 \\(12\\)에 토크 제어 응답 시간은 얼마의 \\( \\mathrm{~ms} \\)로 나타났나?",
"응답 시간이 \\( 0.89 \\mathrm{~ms} \\)로 나타난 그림 \\(11\\)은 어떤 기법을 사용하였나?"
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인공물ED
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일정 스위칭 주파수를 가지는 DTC 기반 IPMSM의 슬라이딩 모드 제어를 이용한 속응성 향상
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<h1>V. 결론</h1><p>본 논문에서는 일정 스위칭 주파수를 가지는 DTC 기반 IPMSM의 SMC를 이용한 속응성 향상 기법을 제안하였다. 토크 오차를 슬라이딩 평면에 위치하여 새로운 토크 오차를 설정하였으며, 토크 레귤레이터의 입력으로 설정하였다. 토크 레귤레이터를 통해 일정한 토크 오차 상태를 얻고, PI 토크 제어기의 이득을 적절히 선정하여 IPMSM의 토크를 제어하였다. 이러한 기법을 통해 IPMSM 토크의 속응성을 향상시켰다. SMC를 이용한 제안하는 기법의 타당성은 시뮬레이션을 통해 검증하였다.</p>
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"본 논문에서 제시한 기법은 무엇인가?",
"무슨 기법을 본 논문에서 제안했지",
"일정한 토크 오차 상태를 얻기 위해 이용한 것은 무엇인가?",
"SMC를 이용한 제안하는 기법의 타당성은 무엇을 통해 입증하였는가?",
"IPMSM의 토크를 제어하기 위해 쓴 방법은 무엇인가?",
"본 논문이 건의한 방법은 IPMSM가 무엇을 토대로 한 것인가?",
"본 논문이 건의한 방법은 무엇을 활용한 속응성 향상 방법인가?",
"토크 레귤레이터를 통해 일정한 토크 오차 상태를 얻고, PI 토크 제어기의 이득을 적절히 선정하여 IPMSM의 토크를 제어하여 얻을 수 있는 효과로는 무엇이 있는가?",
"본 논문이 건의한 방법은 시뮬레이션에 의해 무엇을 확인할 수 있었는가?"
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인공물ED
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일정 스위칭 주파수를 가지는 DTC 기반 IPMSM의 슬라이딩 모드 제어를 이용한 속응성 향상
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<h1>요 약</h1><p>본 논문에서는 일정 스위칭 주파수를 가지는 직접 토크 세어(Direct Torque Control, DTC) 기반의 매입형 영구자석 동기 전동기(Interior Permanent Magnet Synchronous Motor, IPMSM)에서 속응성 향상을 위한 슬라이딩 모드 제어(Sliding Mode Control, SMC) 기법을 제안한다. 일정 스위칭 수파수를 가지는 DTC 기법은 비례-적분(Proportional-Integral, PI) 토 크 제어기와 삼각파 비교기로 구성되어 토크 오차 상태를 일정하게 제어한다. 이는 일반적인 히스테리시스 기반의 DTC 기법에 비해 속응성이 좋지 않다. 본 논문에서는 SMC 기법을 이용하여 일정 스위칭 주파수를 가지는 DTC 기법의 속응성을 향상시키는 방법을 제안한다. 제안하는 기법의 타당성을 시뮬레이션을 통하여 검증한다.</p>
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"비례-적분(Proportional-Integral, PI) 토크 제어기와 삼각파 비교기로 구성되어 토크 오차 상태를 일정하게 제어하는 기법은?",
"일정 스위칭 수파수를 가지는 DTC 기법은 일반적인 히스테리시스 기반의 DTC 기법에 비해 무엇이 좋지 않은가?",
"DTC 기법은 비례-적분(Proportional-Integral, PI) 토크 제어기와 삼각파 비교기로 구성되어 토크 오차 상태를 어떻게 제어할 수 있나?",
"제안하는 기법의 타당성을 검증하는 방법은?",
"일정 스위칭 수파수를 가지는 DTC 기법은 일반적인 히스테리시스 기반의 DTC 기법에 비해 속응성이 좋은가?",
"본 논문에서는 DTC 기법의 어떤 속성을 향상시키려 하는가?",
"일정 스위칭 수파수를 가지는 DTC 기법의 두 가지 구성요소는 무엇인가?",
"DTC 기법은 비례-적분(Proportional-Integral, PI) 토크 제어기와 삼각파 비교기로 구성되는가?"
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인공물ED
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일정 스위칭 주파수를 가지는 DTC 기반 IPMSM의 슬라이딩 모드 제어를 이용한 속응성 향상
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<h1>Ⅲ. 제안하는 SMC를 이용한 CFTC 기법</h1><p>그림 \(7\)은 제안하는 SMC를 이용한 CFTC 기법의 제어 블록도를 나타넨다. \(2\)-레벨 인버터로 전동기를 구동하며, 제어 블록도는 SMC와 CFTC 부분으로 구성한다. SMC 부분은 선형 구조와 가변 구조의 병행 입력을 가진다. CFTC 부분은 일반적인 CFTC 기법과 동일한 구조를 가진다.</p><h2>1. 슬라이딩 모드 제어</h2><p>그림 \(8\)은 그림 \(7\)의 SMC 블록도를 나타낸다. SMC 출력은 부호 함수화한 슬라이딩 평면과 SMC 이득 \( K_{\mathrm{sm}} \)의 곱을 입력과 합하여 계산한다.</p><p>SMC는 비선형 제어 기법으로 슬라이딩 평면에 오차 궤적을 설정하여 정수 변동 및 외란에 강인한 특징이 있다. 본 논문에서는 IPMSM 토크의 속응성을 향상시키기 위하여 SMC를 적용한다. 식 (\(8\))과 같이 IPMSM 토크와 지령 토크의 차이인 토크 오차\( \left(T_{e r r}\right) \)와 토크 오차의 적분을 합하여 슬라이딩 평면을 설정한다.</p><p>Surface \( =T_{\text {err }}+k \int T_{\text {err }} d t \),<caption>(8)<caption></p><p>여기서, 토크 오차 \( T_{e r r}=T_{r e f}-T_{e} \) 로 \( T_{r e f} \)는 지령 토크이며, \( k \) 는 슬라이딩 평면 계수(Sliding Surface Coefficient)이다.</p><p>SMC에서 토크 오차 값이 슬라이딩 평면에 수렴하기 위해서는 식(\(8\))이 식(\(9\))의 조건을 만족해야 한다.</p><p>\[ \text { Surface }=T_{\text {err }}+k \int T_{\text {err }} d t=0 . \]<caption>(9)<caption></p><p>식 (\(9\))의 조건에 따라 식 (\(8\))을 식 (\(10\))으로 표현할 수 있다.</p><p>\[ T_{e r r}=-k \int T_{e r T} d t . \]<caption>(10)<caption></p><p>SMC 적용을 위해 식 (\(11\))과 같이 선형 구조의 PI 토크 제어기와 가변 구조의 슬라이딩 평면으로 제어 입력을 설정한다.</p><p>\[ U_{i n}=T_{e r r}+K_{s m c} \cdot \operatorname{sgn}(\text { Surface }), \]<caption>(11)<caption></p><p>여기서, \( K_{s m c} \) 는 슬라이딩 모드 제어 이득이며, \( \operatorname{sgn}( \) Surface)는 부호 함수이다.</p><p>제어기의 입력을 식 (\(11\))과 같이 설정하면 강인하고 속응성이 우수한 특성을 갖지만, 정상 상태에서는 토크 오차가 \(0\)으로 수렴하기 때문에 가변 구조의 SMC는 노이즈에 취약하여 제어기 출력에 채터링(Chattering) 현상이 발생한다. 이를 완화하기 위해 식 (\(12\))와 같이 슬라이딩 평면을 부호 함수화한다.</p><p>\[ \operatorname{sgn}(\text { Surface })=\left\{\begin{aligned} 1, &(\text { Surface }>0) \\ 0, &\text { Surface }=0) \\ -1, &\text { Surface }<0) . \end{aligned}\right. \]<caption>(12)<caption></p><table border><caption>표 \(2\). 시뮬레이션 파라미터</caption><tbody><tr><td>Parameters</td><td>Value</td></tr><tr><td>DC Link Voltage [\( \mathrm{V}\)]</td><td>\(400\)</td></tr><tr><td>Sampling Time [\( \mu s \)]</td><td>\(25\)</td></tr><tr><td>Rated Power [\( \mathrm{kW}\)]</td><td>\(11\)</td></tr><tr><td>Rated Speed [\( \mathrm{rpm}\)]</td><td>\(1800\)</td></tr><tr><td>Fated Torque [\( \mathrm{N} \cdot \mathrm{m} \)]</td><td>\(58.35\)</td></tr><tr><td>PMSM Stator Resistance [\( \Omega \)]</td><td>\(0.349\)</td></tr><tr><td>PMSM \( \mathrm{d}\) axis Industance [\( \mathrm{mH}\)]</td><td>\(13.17\)</td></tr><tr><td>PMSM \( \mathrm{q}\) axis Inductance [\( \mathrm{mH}\)]</td><td>\(15.5\)</td></tr><tr><td>Pole</td><td>\(6\)</td></tr></tbody></table><p>슬라이딩 평면이 정상 상태의 오차 \(0\)보다 큰 경우, 부호 함수는 \(1\)이 되고 PI 토크 제어기의 입력은 \( U_{i n}=T_{e r r}+K_{s m c} \)이 되어 기존 토크 오차 \( T_{e r r} \) 보다 큰 값을 가지게 된다. PI 토크 제어기의 출력은 슬라이딩 모드 이득 \( K_{s m c} \)에 따라 토크 오차\( T_{e r r} \) 보다 더 큰 값을 가지게 된다. 따라서, 지령 토크에 대한 IPMSM 토크의 속응성은 슬라이딩 모드 이득 \( K_{\mathrm{smc}} \)의 값에 따라 결정된다.</p>
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"SMC 출력의 계산에 사용되는 슬라이딩 평면은 어떤 과정을 거쳤는가?",
"채터링 현상을 완하하기 위해 무엇을 부호 함수화해야 하는가?",
"제어 블록도 \\(1\\)-레벨 인버터로 전동기를 구동하는가?",
"슬라이딩 모드 제어 이득을 나타내는 기호로 알맞은 것은?",
"지령 토크를 나타내는 기호로 알맞은 것은?",
"부호 함수가 \\(1\\)이 될 때 슬라이딩 평면과 정상 상태의 오차 상태로 알맞은 것은?",
"SMC는 노이즈에 강하기 때문에 제어기 출력에 채터링 현상이 발생하는가?",
"제어기 출력에 채터링 현상이 발생하는 이유는?",
"SMC와 CFTC 부분으로 구성되는 것은?",
"슬라이딩 평면에 오차 궤적을 설정하는 제어 기법은 무엇인가?",
"슬라이딩 평면 설정에 토크 오차의 적분을 곱하게 되는가?",
"상 상태의 오차 \\(0\\)보다 슬라이딩 평면이 클 경우 PI 토크 제어기의 입력은 무엇보다 큰 값을 가지는가?",
"슬라이딩 평면 계수를 나타내는 기호로 알맞은 것은?",
"정상 상태의 오차 \\(0\\)보다 슬라이딩 평면이 큰 경우 어떤 제어기의 입력이 기존 토크 오차보다 큰 값을 가지게 되는가?",
"SMC는 IPMSM 토크의 무엇을 향상시키기 위하여 적용되는가?",
"식(\\(9\\))의 조건을 식(\\(8\\))이 만족할 때 토크 오차 값이 SMC에서 무엇을 수렴하게 되는가?",
"채터링 현상을 완하하기 위해 슬라이딩 평면은 어떤 과정을 거쳐야 하는가?",
"가변 구조와 선형 구조의 병행입력을 가지는 부분은?",
"슬라이딩 모드 이득은 IPMSM 토크의 무엇에 대해 결정되는가?",
"SMC 는 가변 구조만의 병행 입력을 가지는가?",
"제어 입력을 가변 구조의 슬라이딩 평면으로 설정하는 이유는 무엇인가?",
"슬라이딩 모드 이득의 값에 따라 무엇에 대한 IPMSM 토크의 속응성이 결정되는가?",
"정수 변동 및 외란에 강인한 특징을 지니는 것은?",
"슬라이딩 평면의 설정에는 어떤 오차의 적분을 합하게 되는가?",
"제어 블록도의 CFTC는 일반적인 CFTC 기법과 동일한 구조를 지니는가?",
"선형 구조의 PI 토크 제어기 설정은 SMC 적용과 관련이 없는가?",
"속응성이 우수한 특성을 갖기 위해서 제어기의 입력을 설정해야하는 식은?",
"CFTC 기법은 무엇을 이용하는가?",
"SMC를 적용하면 어떤 토크의 속응성을 향상시킬 수 있는가?",
"토크 오차는 무엇의 차이를 나타내는가?",
"비선형 제어 기법인 SMC 정수 변동에 약한 단점을 지니는가?",
"SMC 이득 \\( K_{\\mathrm{sm}} \\)과 슬라이딩 평면을 곱해 입력과 합하여 계산하는 것은?",
"토크 오차가 \\(0\\)으로 수렴하는 상태는 어떤 상태인가?",
"표 \\(2\\)에서 Fated Torque의 값은 얼마인가?"
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인공물ED
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스마트 그리드 기반 통합 SCADA Data Gateway 플랫폼
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<h1>II. 관련 연구</h1><h2>1. OPC UA</h2><p>OPC UA(IEC62541)는 2012년 12월 IEC TC57 그룹에서 OPC UA를 IEC62541로 표준화되었다. 초기 OPC는 Classic OPC (OPC DA, OPC AC, OPC HDA, OPC XML-DA)으로 분류되었다. OPC UA는 Classic OPC 표준들의 기능을 통합하고 SOA(Service Oriented Architecture) 기술을 추가하였다.</p><p>그림 1은 통합된 OPC UA 정보 모델(Information Model)들을 나타낸다. OPC UA는 Classic OPC, 다른 단체에서 정의한 정보 모델, 벤더에서 정의한 데이터 등 모두를 OPC 정보 모델로 표현이 가능하다. 그리고 OPC UA에서 제공하는 OPC UA AddressSpace라고 불리는 메타(Meta) 모델은 오브젝트 타입(ObjectType)을 기반으로 일반적인 정보 모델과 함께 정의 된다. OPC UA는 다음과 같은 원칙으로 모델링된다. i) OPC UA 모델링은 정보의 계층화(Laying)와 상속(Inheritance) 등 오브젝트 기반 기술을 사용한다. ii) 타입 정보는 인스턴스화(instantiation)하여 접근할 수 있다. iii) 다양한 기계에서 사용하는 데이터를 제공하기 위해 정보 모델 방법에 제한을 두지 않는다. iv) 항상 서버 측에서 수행된다. OPC UA는 복잡한 정보 모델뿐만 아니라 단순한 정보 모델도 제공할 수 있다. OPC UA의 모델링 개념은 노드(Node)로 표현한다. 각 노드들은 id와 name 같은 속성들을 포함하고 있다.</p><p>그림 2는 OPC UA S/W 계층 구조를 나타낸다. OPC UA S/W 스택은 C, .Net, JAVA로 구현된다. OPC UA S/W 스택은 클라이언트와 서버 간에 메시지를 교환하기 위한 계층을 포함하고, 시스템 간에 동일한 인터페이스를 제공한다.</p><h2>2. SCADA</h2><p>SCADA는 집중 원격감시 제어시스템 혹은 감시제어 데이터 수집시스템이라고 불린다. SCADA 시스템은 원격장치의 상태정보 데이터를 RTU(Remote Terminal Unit)로 수집, 수신 \( \cdot \) 기록 \( \cdot \) 표시하여 중앙 제어 시스템이 원격 장치를 감시 제어하는 시스템이다. 주로 발전 \( \cdot \) 송배전 시설, 공장 자동화 시설 등 여러 산업에서 중앙 집중식으로 감시 제어 하는 시스템으로 다양한 프로토콜이 이용된다.</p><p>IEC61850은 SAS의 통신과 서비스 모델을 표준화한 프로토콜로써, 디지털 변전소나 스마트 배전시스템에서 사용한다. DNP 3.0은 RTU나 IED와 같은 장비에 대해 데이터 수집 \( \cdot \) 제어를 위한 프로토콜로써 기존 배전자동화 시스템에 사용되고 있다. DLMS/COSEM은 전기 계량기를 제어하고 계량기의 정보를 수집하기 위한 프로토콜로서 스마트 계량기 에서 사용되고 있다.</p>
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"OPC UA는 2012년 12월 IEC TC57 그룹에서 IEC 표준번호 몇번으로 표준화되었나?",
"OPC UA(IEC62541)는 2012년 12월 IEC 몇 그룹에서 OPC UA를 IEC62541로 표준화되었나?",
"OPC UA(IEC62541)는 언제 IEC TC57 그룹에서 OPC UA를 IEC62541로 표준화되었나?",
"Classic OPC 예는 무엇들이 있는가?",
"OPC UA는 무엇을 통합하고 SOA(Service Oriented Architecture) 기술을 추가하였나?",
"IEC62541 표준은 무엇에 대한 표준번호인가?",
"통합된 OPC UA 정보 모델들은 본 논문 그림 몇번에 나타내었는가?",
"OPC UA에서 OPC 정보 모델로 표현이 가능한 것들은 무엇인가?",
"그림 1은 무엇을 나타내는가?",
"OPC UA AddressSpace 메타 모델은 오브젝트 타입을 기반으로 무엇과 함께 정의 되는가?",
"OPC UA는 Classic OPC, 다른 단체에서 정의한 정보 모델, 벤더에서 정의한 데이터 등 모두를 무엇으로 표현이 가능한가?",
"OPC UA AddressSpace 메타 모델은 무엇을 기반으로 정의 되는가?",
"OPC UA는 Classic OPC 표준들의 기능을 통합하고 어떤기술을 추가하였나?",
"초기 OPC는 무엇 (OPC DA, OPC AC, OPC HDA, OPC XML-DA)으로 분류되었나?",
"OPC UA 모델링 원칙은 정보의 계층화와 상속등 어떤 기반 기술을 사용하는 것인가?",
"OPC UA 모델링 원칙에서 사용하는 오브젝트 기반 기술들은 무엇이 있는가?",
"OPC UA의 모델링 원칙으로 다양한 기계에서 사용하는 데이터를 제공하기 위해 어떤 방법에 제한을 두지 않는가?",
"SCADA가 이용된 산업의 예로 무엇이 있나?",
"SAS의 통신과 서비스 모델을 표준화한 프로토콜은 IEC표준 몇번인가?",
"DNP 3.0은 어느 시스템에서 사용되고 있나?",
"디지털 변전소나 스마트 배전시스템에서 사용하는 IEC 표준 프로토콜은 무엇인가?",
"OPC UA는 모델링할 때 무엇으로 하는가?",
"OPC UA의 모델링 원칙으로 모델링은 항상 어디에서 수행되는가?",
"OPC UA의 모델링 원칙으로 정보 모델 방법에 제한을 두지 않는 이유는 무엇인가?",
"OPC UA 모델링 원칙으로 어떤 정보를 인스턴스화하여 접근할 수 있는가?",
"OPC UA 모델링 원칙으로 타입 정보는 어떤 상태화하여 접근할 수 있는것인가?",
"OPC UA S/W 스택은 어디와 어디 사이에 메시지를 교환하기 위한 계층을 포함하는가?",
"OPC UA의 모델링 원칙으로 무엇을 제공하기 위해 정보 모델 방법에 제한을 두지 않는가?",
"SCADA는 무엇이라고 불리나?",
"그림 2는 무엇을 나타내는가?",
"OPC UA의 모델링 원칙으로 다양한 기계에서 사용하는 데이터를 제공하기 위해 어떻게 하는가?",
"OPC UA S/W 스택은 무엇으로 구현되나?",
"SCADA 시스템은 중앙 제어 시스템이 무엇을 감시 제어하는 시스템인가?",
"OPC UA에서 C, .Net, JAVA로 구현되는것은 무엇인가?",
"집중 원격감시 제어시스템 혹은 감시제어 데이터 수집시스템이라고 불리는 본 논문의 시스템은 무엇인가?",
"각 노드들은 어떤 속성들을 포함하고 있나?",
"OPC UA S/W 스택은 클라이언트와 서버 간에 무엇을 하기 위한 계층을 포함하는가?",
"OPC UA의 모델링 개념은 무엇으로 표현하는가?",
"원격장치의 상태정보 데이터를 SCADA 시스템은 RTU에서 어떻게 하는가?",
"클라이언트와 서버 간에 메시지를 교환하기 위한 계층을 포함하는 OPC UA S/W 스택은 시스템 간에 서로 어떤 인터페이스를 제공하는가?",
"SCADA 시스템은 원격장치의 무엇을 RTU로 수집, 수신 \\( \\cdot \\) 기록 \\( \\cdot \\) 표시하는가?",
"원격장치의 상태정보 데이터를 SCADA 시스템은 어디에 수집, 수신 \\( \\cdot \\) 기록 \\( \\cdot \\) 표시하는가?",
"SCADA 시스템은 무엇이 원격 장치를 감시 제어하는가?",
"OPC UA S/W 스택은 클라이언트와 서버 간에 메시지를 교환하기 위한 계층을 포함하고 시스템 간에 동일한 무엇을 제공하는가?",
"OPC UA S/W 계층 구조를 나타내는 그림은 본 논문의 그림 몇인가?",
"DNP 3.0은 어떤 장비에 대해 데이터 수집 \\( \\cdot \\) 제어를 위한 프로토콜인가?",
"DNP 3.0은 RTU나 IED와 같은 장비에 대해 무엇을 하기 위한 프로토콜인가?",
"IEC61850은 무엇을 표준화한 프로토콜인가?",
"IEC61850은 어디에서 사용하는가?",
"DLMS/COSEM은 무엇을 하는 프로토콜인가?",
"기존 배전자동화 시스템에 사용되는 프로토콜은 무엇인가?",
"전기 계량기를 제어하고 계량기의 정보를 수집하기 위한 프로토콜은 무엇인가?",
"RTU나 IED와 같은 장비에 대해 데이터 수집 \\( \\cdot \\) 제어를 위한 프로토콜은 무엇인가?",
"DLMS/COSEM은 어디에서 사용되고 있나?",
"OPC UA에서 제공하는 어떤 메타 모델은 오브젝트 타입을 기반으로 일반적인 정보 모델과 함께 정의 되는가?",
"OPC UA 개별 정보들은 그림 1에서 볼 수 있니?",
"OPC UA 모델링에서는 단순한 정보는 제외하고 복잡한 정보 모델로만 제공되니?",
"스타다 시스템은 동일한 프로토콜을 이용해 중앙 집중식으로 감시하고 제어 하니?",
"원격단말장치나 IED와 같은 장비에 대한 데이터 수집 및 제어를 하기위한 프로토콜로 DNP 2.0 이 적용되었니?",
"원격 장치를 분산된 개별 제어 시스템이 감시 제어하는 시스템이 스타다 시스템이니?",
"직렬방식의 SCSI 방식에서 통신과 서비스 모델을 표준화한 프로토콜은 국제 전기기술 표준번호 IEC62541 인가?",
"원격장치의 상태정보 데이터를 원격단말장치로 수집하고 수신및 기록 표시하는 기능은 스타다 시스템에서 하는거야?",
"OPC UA에 대한 모델링은 서버측에서 뿐만 아니라 클라이언트에서도 원칙적으로 수행가능하니?",
"OPC UA는 모델링에서 제공되는 정보는 복잡한 정보는 제외하고 비교적 단순한 정보들이니?",
"본 논문에서 OPC UA 모델링 원칙 4가지를 알려주는가?",
"디지털 변전소나 스마트 배전시스템에서 활용되는 국제 전기 기술 표준중의 하나로 IEC61850이 포함되니?",
"발전과 송배전 시설, 공장 자동화 시설 등과 같은 여러 산업 분야에서 SCADA가 활용되니?",
"OPC UA 정보 모델링을 할 때 원칙적으로 오브젝트 기반 기술의 정보의 계층화와 상속등을 사용하니?",
"스카다 시스템은 일반적으로 원거리에서 집중 원격감시 제어하거나 감시제어 데이터를 수집하기 위한 시스템이니?",
"IEC62541 에서 산업용 표준 프로토콜 OPC UA의 모델링 개념에 대한 표현은 노드로 하니?",
"OPC UA 소프트웨어 stack을 구현하는 언어로 C, .Net, JAVA가 있니?",
"OPC UA 소프트웨어 stack에서의 인터페이스 제공은 시스템과 시스템 사이에 각각 서로 다르게 제공하니?",
"OPC UA 소프트웨어 stack은 C, .Net, JAVA를 통해 클라이언트와 서버 간 메시지 교환 정보 계층을 포함하니?",
"초기 클레식 OPC 분류는 OPC DA, OPC AC, OPC HDA, OPC XML-DA 으로 했어?",
"스마트 계량기에 적용되는 프로토콜로DLMS/COSEM이 사용되니?",
"OPC UA에 대한 소프트웨어 계층 구조는 그림2에서 볼 수 있니?",
"OPC UA의 모델링을 하기 위해서는 원칙적으로 정보 모델 방법에 대한 제한을 두어 특정 제한된 기계에 데이터를 제공하게 되니?",
"산업용 표준 프로토콜 OPC UA에서 정보 모델로 표현되는 것은 클래식 OPC, 다른 단체에서 정의한 정보 모델, 벤더에서 정의한 데이터 등 모두인가?",
"OPC UA의 모델링 개념인 노드들의 개별 속성에는 id와 name 같은 정보가 포함되니?",
"신규 전용 배전자동화 시스템에서만 DNP 3.0 프로토콜이 사용될 수 있니?",
"전기 계량기를 제어하고 계량기의 정보를 수집하기 위한 프로토콜로 장치언어 메시지 사양과 에너지 계량의 동반사양이 사용되니?",
"OPC UA AddressSpace는 OPC UA에서 제공하는 메타 모델로 오브젝트 타입을 기반으로 일반적인 정보 모델을 포함하여 정의 되나?",
"2012년 12월 국제표준NO. IEC62541는 IEC TC57 국제 전기 기술 위원회 표준화 그룹에서 OPC UA를 산업용 프로토콜로 표준화하였니?",
"OPC DA, OPC AC, OPC HDA, OPC XML-DA 표준들을 통합하고 SOA기술을 추가해서 OPC UA를 만든거야?",
"OPC UA 모델링에서의 두번째 원칙은 타입 정보에 대한 접근법으로 인스턴스화하여 할 수 있니?"
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인공물ED
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스마트 그리드 기반 통합 SCADA Data Gateway 플랫폼
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<h1>I. 서론</h1><p>SG 시스템을 통합하기 위해 IEC에서 많은 표준화 연구가 수행되어왔다. OPC Unified Architecture(IEC62541)는 2012년 12월에 IEC TC57 그룹에서 IEC62541로 표준화하였다. 기존 SG 응용 플랫폼이나 현재 개발되고 있는 모든 SG 시스템들은 OPC UA를 이용하여 서로 정보 교환을 해야 한다. 하지만 OPC UA를 이용하여 SG 시스템을 통합 관리하기 위해서는 전력IT 프로토콜의 데이터 구조와 OPC UA의 정보 모델을 연계할 필요가 있다.</p><p>전력IT의 주요 프로토콜을 IEC61850, DNP3.0, DLMS/COSEM을 포함한다. IEC61850은 SAS(Substation Automation Systems)의 통신과 서비스 모델을 표준화한 프로토콜로서, 디지털 변전소나 스마트 배전시스템에서 사용한다. DNP3.0은 RTU나 IED와 같은 장비에 대해 데이터 수집 \( \cdot \) 제어를 위한 프로토콜로서 기존 배전자동화 시스템에 널리 사용되고 있고 있다. DLMS/COSEM은 전기 계량기를 제어하고 정보를 수집하기 위한 프로토콜로서 스마트 계량기에서 사용되고 있다. 최상위 SG 운영 시스템이 IEC61850, DNP3.0, DLMS/COSEM과 같은 전력IT프로토콜을 사용하는 시스템들을 투명하게(Transparent) 관리하기 위해서는 프로토콜에 독립적인 미들웨어가 필요하다. OPC UA와 같은 표준 미들웨어는 IEC61850, DNP3.0, DLMS/COSEM과 같은 다양한 종류의 SCADA 프로토콜을 통합 관리해야 한다. 따라서, 최상위 SG 운영 시스템은 OPC UA 프로토콜을 다양한 종류의 SCADA 프로토콜로 변환하거나 역변환하는 프로토콜 컨버터가 필요하다.</p><p>본 논문은 OPC UA 미들웨어를 이용하여 IEC61850, DNP3.0, DLMS/COSEM을 사용하는 전력IT 시스템들을 통합 관리하기 위한 SDG(Scada Data Gateway) 플랫폼에 관한 것이다.</p><p>SDG의 OPC UA는 UA(Unified Automation)사에서 제공하는 모델링 툴과 C++ 기반 SDK(System Development Kit)를 사용하였고, IEC61850 클라이언트 모듈은 SISOCO사의 MMS-EASE lite를 사용하였고, DNP3.0 마스터 모듈은 Triangle Microworks사에서 제공하는 SCL(Source Code Library)을 이용하였다. DLMS/COSEM은 Kalkitec사에서 제공하는 SCL(Source Code Library)를 이용하였다. SDG H/W 플랫폼은 임베디드 리눅스 기반 TILERA사의 Tilepro64 Many-core를 사용하였다.</p>
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"DNP3.0은 RTU나 IED와 같은 장비에 대해 데이터 수집 ⋅ 제어를 위한 프로토콜로서 기존 배전자동화 시스템에 널리 사용되고 있고 있나?",
"최상위 SG 운영 시스템은 OPC UA 프로토콜을 다양한 종류의 SCADA 프로토콜로 변환하거나 역변환하는 프로토콜 컨버터가 필요하는가?",
"SDG H/W 플랫폼은 임베디드 리눅스 기반 TILERA사의 Tilepro64 Many-core를 사용하였나?",
"최상위 SG 운영 시스템이 IEC61850, DNP3.0, DLMS/COSEM과 같은 전력IT프로토콜을 사용하는 시스템들을 투명하게(Transparent) 관리하기 위해서는 프로토콜에 독립적인 미들웨어가 필요한가?",
"IEC61850은 SAS(Substation Automation Systems)의 통신과 서비스 모델을 표준화한 프로토콜로서, 디지털 변전소나 스마트 배전시스템에서 사용하는가?",
"DNP3.0 마스터 모듈은 Triangle Microworks사에서 제공하는 SCL(Source Code Library)을 이용하였나?",
"DLMS/COSEM은 Kalkitec사에서 제공하는 SCL(Source Code Library)를 이용하였나?",
"전력IT의 주요 프로토콜을 IEC61850, DNP3.0, DLMS/COSEM을 포함하는가?",
"DLMS/COSEM은 전기 계량기를 제어하고 정보를 수집하기 위한 프로토콜로서 스마트 계량기에서 사용되고 있나?",
"OPC UA와 같은 표준 미들웨어는 IEC61850, DNP3.0, DLMS/COSEM과 같은 다양한 종류의 SCADA 프로토콜을 통합 관리해야 하는가?",
"SDG의 OPC UA는 UA(Unified Automation)사에서 제공하는 모델링 툴과 C++ 기반 SDK(System Development Kit)를 사용하였고, IEC61850 클라이언트 모듈은 SISOCO사의 MMS-EASE lite를 사용하였나?",
"OPC UA를 이용하여 SG 시스템을 통합 관리하기 위해서는 전력IT 프로토콜의 데이터 구조와 OPC UA의 정보 모델을 연계할 필요가 있나?",
"본 논문은 OPC UA 미들웨어를 이용하여 IEC61850, DNP3.0, DLMS/COSEM을 사용하는 전력IT 시스템들을 통합 관리하기 위한 SDG(Scada Data Gateway) 플랫폼에 관한 것인가?",
"OPC Unified Architecture(IEC62541)는 2012년 12월에 IEC TC57 그룹에서 IEC62541로 표준화하였나?",
"SG 시스템을 통합하기 위해 IEC에서 많은 표준화 연구가 수행되어왔나?",
"기존 SG 응용 플랫폼이나 현재 개발되고 있는 모든 SG 시스템들은 OPC UA를 이용하여 서로 정보 교환을 해야 하는가?"
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인공물ED
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스마트 그리드 기반 통합 SCADA Data Gateway 플랫폼
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<h1>Ⅳ 결론</h1><p>SG 운영 시스템은 전력IT 프로토콜을 통합 관리할 필요가 있다. 본 논문에서 제안한 OPC UA 기반 SDG는 IEC61850 및 DNP3, DLMS/COSEM 프로토콜을 연동하는 기능을 제공한다. 따라서, SDG를 사용하면, 최상위 SG 운영 시스템에서는 다양한 종류의 전력IT 프로토콜과 무관하게 OPC UA 표준 미들웨어만을 통하여 통합 관리가 가능하다.</p><p>SDG는 다양한 전력IT 프로토콜을 포함하기 때문에 이를 수용 할 수 있는 H/W 플랫폼이 필요하다. SDG H/W 플랫폼은 Tilepro64 기반의 Many-core CPU를 이용하기 때문에 많은 연산을 각각의 코어에 할당하여 동시에 구동할 수 있기 때문에 속도 측면에서 매우 우수한 성능을 제공한다.</p><p>향후, 프로토타입으로 개발된 SDG에 대한 실증시험과 IXIA등의 프로토콜 테스터나 OPNET SITL(System-In-The-Loop) 기반의 성능시험 툴을 이용하여 'Throughput', 'Frame Loss Rate' 및 'Latency'등을 검증 할 필요가 있을 것으로 사료된다.</p>
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"SG 운영 시스템은 전력IT 프로토콜을 통합 관리할 필요가 있는 것이 옳아?",
"SDG H/W 플랫폼은 어떤 CPU를 이용해?",
"SDG가 필요한 플랫폼이 뭐야?",
"SDG를 사용하면, OPC UA 표준 미들웨어만을 통하여 통합 관리가 불가능 한 것이 옳아?",
"SDG가 H/W플랫폼이 필요한 이유가 뭐야?",
"SDG H/W 플랫폼이 속도 관점에서 훌륭한 성능을 제공한다는 근거가 뭐야?",
"향후 필요한 검증이 뭐야?",
"프로토콜 테스터나 OPNET SITL 기반의 성능시험 도구를 활용하여 검증할 수 있는 것이 뭐야?"
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32e77195-735a-44a7-8503-e1d48bb41c51
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인공물ED
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스마트 그리드 기반 통합 SCADA Data Gateway 플랫폼
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<h1>요 약</h1><p>OPC UA(IEC62541)는 SG(Smart Grid) 응용 플랫폼 간에 연계 프로토콜로서, 2012년 12월에 IEC TC57 그룹에서 IEC62541로 표준화되었다. IEC61850은 디지털 변전소 및 스마트 배전 시스템에서 사용되는 SCADA 표준 프로토콜이고, DNP3.0은 RTU나 IED와 같은 장비에 대해 데이터 수집 제어를 위한 프로토콜로서 기존 배전 자동화 시스템에서 사용되고 있다. DLMS/COSEM은 전기 계량기를 제어하고 정보를 수집하기 위한 프로토콜로서 스마트 계량기에서 사용되고 있다. 최상위 SG 운영 플랫폼에서 IEC61850 이나 DNP3.0을 비롯한 다양한 전력 IT 시스템들을 투명하게(Transparent) 관리하기 위해서는 프로토콜에 독립적인 미들웨어가 필요하다. 본 논문은 IEC61850, DNP3.0, DLMS/COSEM 기반의 디지털변전소, 스마트 배전시스템 및 기존 배전 자동화 시스템을 단일 OPC UA 클라이언트로 통합 관리하기 위한 SDG(Scada Data Gateway) 플랫폼에 관한 것이다. 이 게이트웨이는 OPC UA를 통해서 스마트미터, 디지털변전소 및 스마트배전 시스템을 관리한다.</p>
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"DLMS/COSEM은 전기 계량기를 제어하고 정보를 수집하기 위한 프로토콜로서 스마트 계량기에서 사용되고 있나?",
"본 논문은 IEC61850, DNP3.0, DLMS/COSEM 기반의 디지털변전소, 스마트 배전시스템 및 기존 배전 자동화 시스템을 단일 OPC UA 클라이언트로 통합 관리하기 위한 SDG(Scada Data Gateway) 플랫폼에 관한 것인가?",
"최상위 SG 운영 플랫폼에서 IEC61850 이나 DNP3.0을 비롯한 다양한 전력 IT 시스템들을 투명하게(Transparent) 관리하기 위해서는 프로토콜에 독립적인 미들웨어가 필요한가?",
"IEC61850은 디지털 변전소 및 스마트 배전 시스템에서 사용되는 SCADA 표준 프로토콜이고, DNP3.0은 RTU나 IED와 같은 장비에 대해 데이터 수집 제어를 위한 프로토콜로서 기존 배전 자동화 시스템에서 사용되고 있나?",
"이트웨이는 OPC UA를 통해서 스마트미터, 디지털변전소 및 스마트배전 시스템을 관리하는가?",
"OPC UA(IEC62541)는 SG(Smart Grid) 응용 플랫폼 간에 연계 프로토콜로서, 2012년 12월에 IEC TC57 그룹에서 IEC62541로 표준화되었나?"
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인공물ED
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스마트 그리드 기반 통합 SCADA Data Gateway 플랫폼
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<h1>III. SDG 플랫폼</h1><h2>1. 시스템 구조</h2><p>그림 3은 SG 운영 시스템의 전체 구성도를 나타낸다. SG 운영 플랫폼에 접속되는 모든 시스템은 OPC UA 인터페이스를 통해서 정보를 교환한다. 즉 통합 SCADA 운영자는 HMI(Human Machine Interface)를 통하여 CIM(Common Information Model) 또는 Historical DB 서버와 OPC UA 미들웨어를 이용하여 통신한다. 또한 CIM DB 서버는 OPC UA로부터 받은 정보를 CIM으로 변환하거나 역변환 하는 기능을 제공한다. SDG는 디지털 변전소, 스마트 배전시스템 및 배전자동화 시스템과의 연결을 위한 IEC61850 및 DNP3.0, DLMS/COSEM 클라이언트 모듈을 포함한다.</p><p>따라서, SDG는 OPC UA 서버 모듈, IEC61850 및 DNP3.0, DLMS/COSEM 클라이언트 모듈 그리고 프로토콜 컨버젼 모듈 등 크게 3 부분으로 구성이 된다.</p><h2>2. OPC UA AddressSpace Mapping</h2><p>OPC UA는 확장성 있는 정보 모델을 제공하기 때문에 IEC61850이나 CIM과 같은 다양한 전력IT 데이터 모델에 대한 변환이 가능하다. OPC UA는 AddressSpace상에서 추상적인 Object를 생성한 후에 인스턴스화하여 맵핑을 하게 된다. 따라서, IEC61850 및 DNP3.0 정보 모델은 OPC UA AddressSpace로 모델링되어야 한다.</p><table border><caption>표 1. IEC61850 데이터 구조를 OPC UA AddressSpace로 맵핑</caption><tbody><tr><td>EC61850</td><td>OPC DA</td><td>Reference</td></tr><tr><td>LN Class</td><td>ObjectType</td><td></td></tr><tr><td>LN</td><td>Object</td><td>LN Class, LN Data</td></tr><tr><td>LN Data</td><td>Object</td><td>CDC</td></tr><tr><td>CDC</td><td>ObjectType</td><td>CDC DataAttribute</td></tr><tr><td>CDC DataAttribute</td><td>Variable</td><td>CDC DataAttributeType</td></tr><tr><td>CDC DataAttributeType</td><td>VariableType</td><td></td></tr><tr><td>Functional Constraints</td><td>Object</td><td>CDC</td></tr></tbody></table><p>표 1은 IEC61850 정보 모델을 OPC UA AddressSpace로 맵핑한 것을 나타낸다. 따라서, SDG는 IEC61850 정보 모델을 IEC62541에서 정의한 모델로 변경하여 AddressSpace내에 노드(Node)로 보유 한다.</p><p>그림 4은 IEC61860의 LN(Logical Node)중 하나인 XCBR을 UA사 모델러를 이용하여 OPC UA AddressSpace로 실제 모델링 한 예다. IEC61850 XCBR Logical Node는 변전소나 배전 기기의 CB(Circuit Breaker)를 표현한다. XCBR은 LN Class 이기 때문에 ObjectType으로 맵핑을 한다. XCBR은 Attr. Type으로 다양한 CDC(Common Data Class)를 가진다. CDC들은 ObjectType으로 모델링되어 XCBR에서 IEC61850 에서 정의한 LN Data(Loc)로 참조된다. CDC 중 하나인 SPS은 Single Point Status로써, 상태에 대한 정보를 나타낸다. SPS의 q(quality of the measured value), t(timestamp of the measured value), stVal(status Value)들은 AddressSpace에서 variable로 맵핑되고 각 CDC의 속성들은 AddressSpace 모델에서 미리 정의한 DataType으로 맵핑한다. 그래서 실제 맵핑한 AddressSpace 모델을 보면 XCBR(LN)이 Loc,EEHealth, EEName ... 등의 속성을 HasComponent로 가지고 있다. LN 속성들의 타입은 미리 정의된 SPS와 같은 CDC를 HasTypeDefinition으로 참조한다.</p><p>표 2는 DNP3.0 데이터 구조를 OPC UA AddressSpace로 변환한 예이다. 따라서, IEC61850과 동일하게, SDG에서는 DNP3.0 정보 모델을 IEC62541에서 정의한 모델로 변경하여 AddressSpace내에 노드로 보유한다.</p><p>그림 5은 DNP3.0 응용 계층에 존재하는 Object 10, Variation 2 데이터 구조를 OPC UA AddressSpace로 모델링한 예를 나타낸다. DNP3.0은 추상적인 데이터 구조를 제공하지 못하기 때문에 IEC61850의 맵핑 과정보다 단순하다. Object 10은 ObjectType으로 정의 한 후 Variation들을 HasSubtype으로 보유한다. Object10의 Variation2는 제어하는 포인트의 상태를 지시하는 Object로 Online, Restart, Communication lost, Remote fored data, Local forced data, reserved, state 등을 정보로 가진다. DNP3.0은 IEC61850에 비해 모델링 할 데이터가 훨씬 적다.</p><p>표 3은 DLMS/COSEM 데이터 구조를 OPC UA AddressSpace로 변환한 예이다. 따라서, IEC61850과 동일하게, SDG에서는 DLMS/COSEM 데이터 구조를 IEC62541에서 정의한 모델로 변경하여 AddressSpcae 내에 노드로 보유한다.</p><p>그림 6은 DLMS/COSEM Interface Code 중 Register의 데이터 구조를 OPC UA AddressSpace로 모델링한 예를 나타낸다. DLMS/COSEM은 추상적인 데이터 구조를 제공하지 못하기 때문에 DNP3.0과 마찬가지로 맵핑과정이 단순하다. Register는 계량기에서 수로 표현할 수 있는 정보를 저장한다. 그림 6에서 볼 수 있듯이 Register는 LogicalName, Value, ScalerUnit을 variable로 포함한다.</p><p>SDG내에 존재하는 OPC UA 서버는 OPC UA AddressSpace 모델을 통해 IEC61850 정보 모델과 DNP3.0 데이터 구조, DLMS/COSEM 데이터 구조들을 노드로 가진다. 따라서, OPC UA 클라이언트는 SDG 서버에서 제공하는 OPC UA 노드를 통하여 IEC61850 및 DNP3.0 객체를 관리한다.</p><h2>3. SDG 플랫폼 구현</h2><p>SDG는 TILERA사의 64 Many-core 제품인 Tilepro64 CPU를 사용하여 H/W 플랫폼을 구현했다. Tilepro64 Many-Core는 64개의 CPU중 일부를 ZOL(Zero Overhead Linux) 모드가 가능한 'Dataplan'으로 할당할 수 있다. ZOL 모드로 H/W 동작이 되면, 'Dataplan Tile(Core)'들은 임베디드 리눅스 커널 스케줄러의 간섭을 받지 않고 동작한다. 그러기 때문에 다른 멀티코어 H/W 플랫폼 보다 우수한 성능을 제공한다.</p><p>그림 7은 SDG 전제 소프트웨어 구조를 나타낸다. SDG를 구성하는 Tilepro64 프로세서는 64개의 Tile(Core)를 제공한다. 그리고 Hypervisor 계층은 어플리케이션에 Low-Level I /O API(Application Program Interface) 제공한다. 따라서 어플리케이션은 리눅스 커널에서 제공하는 시스템 콜(System Call)을 사용하지 않기 때문에, 성능측면에서 매우 빠른 속도를 제공한다. SMP(Symmetric Multiprocessing) Linux 계층은 어플리케이션에게 일반적인 리눅스 라이브러리를 제공한다.</p><p>SDG에서 제공하는 IEC61850 클라이언트 모듈은 SISCO사의 MMS-EASE lite를 이용하였고, DNP3.0 마스터 모듈은 Triangle MicroWorks사의 SCL를 사용하였다. OPC UA는 UA에서 제공하는 C++ 기반의 SDK를 사용하여 구현하였다. 또한 DNP3.0 및 IEC61850, DLMS/COSEM 정보 모델 교환은 UA사 Modeler를 사용하여 구현하였다. 또한 UA사의 UaExpert 툴을 이용하여 SDG 내부에서 구동되는 정보 프로토콜 컨버젼 모듈의 결과를 확인하였다.</p><p>그림 8은 UaExpert 구동 화면을 통해 SDG 내부의 AddressSpace의 노드 정보를 실시간으로 가져오는 그림을 나타낸다. SDG를 이용하여 전력IT 프로토콜을 통합 관리 할 수 있음을 검증 하였다.</p>
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"무엇을 SPS는 나타내니?",
"SPS는 무엇을 드러냈어?",
"AddressSpace에서 variable로 맵핑되는 SPS는 무엇이니?",
"어떤 SPS가AddressSpace에서 variable로 핵심되지?",
"실제 맵핑한 AddressSpace 모델을 보면 XCBR(LN)은 어떤 속성을 HasComponent로 가지고 있어?",
"XCBR에서 실제 맵핑한 AddressSpace 모델을 보면 어떤 속성을 HasComponent로 지니고 있지?",
"표 2는 OPC UA AddressSpace로 DNP3.0 데이터 구조를 변환한 게 맞아?",
"어째서 DNP3.0이 IEC61850의 맵핑 과정보다 간단해?",
"DNP3이 IEC61850의 맵핑 과정보다 간행하는 것은 어째야?",
"정보를 교환하기 위해 SG 운영 플랫폼에 접속되는 모든 시스템은 어떻게 하니?",
"어떤 시스템이 정보를 교환하기 위해 SG 운영 플랫폼에 접속되는 모든 제도가 하지?",
"Human Machine Interface(인간-기계 인터페이스)의 약자는 뭐야?",
"CIM은 공통 정보 모형(Common Information Model)의 약자가 맞아?",
"공통 정보 모형의 Common Information Model의 약자가 CIM에서 맞아?",
"어떻게 해서 통합 SCADA 운영자는 통신하였어?",
"통합 SCADA 운영자는 어떻게 해서 신속하였지?",
"CIM으로 변환하거나 역변환 하는 기능을 제공하기 위해 CIM DB 서버는 어디로 부터 받은 정보를 제공하니?",
"CIM DB 서버는 CIM으로 변환하거나 역변된 기능을 제공하려면 어디롭게 받은 정보를 가지고 있니?",
"OPC UA는 어떻게 AddressSpace상에서 맵핑하였니?",
"어떻게 OPC UA가 AddressSpace상에서 핵심을 하였지?",
"그림 4는 UA사 모델러를 이용하여 IEC61860의 LN(Logical Node)중 하나인 XCBR을 OPC UA AddressSpace로 실제 모델링 한 예가 맞아?",
"그림 4는 UA사 모델러를 활용하여 IEC61860의 LN(Logical Node)중 하나인 XCBR을 OPC UA AddressSpace로 실제링 한 예가 맞아?",
"무엇들을 SDG가 가지고 있는거야?",
"SDG가 지니고 있는 것은 무엇들이니?",
"OPC UA AddressSpace로 모델링되어야 하는 정보 모델은 무엇이니?",
"어떤 정보 모델이 OPC UA AddressSpace로 명명해야 할까?",
"CDC 중 하나인 Single Point Status의 약자는 무엇이니?",
"CB는 변전소나 배전 기기의 IEC61850 XCBR Logical Node를 표현한게 맞아?",
"회로자동차단기(Circuit Breaker)의 약자는 뭐야?",
"XCBR를 ObjectType으로 맵핑을 하는 이유는 뭐야?",
"어떤 이유가 XCBR를 ObjectType으로 맵핑을 하지?",
"ObjectType으로 모델링된 CDC들은 LN Data(Loc)로 참조될 때 어떻게 정의하였어?",
"어떻게 ObjectType으로 모델링된 CDC들은 LN Data(Loc)롭겠다고 참여할 때 정의했지?",
"추상적인 데이터 구조를 제공하지 못하기 때문에 DNP3.0은 IEC61850의 맵핑 과정보다 복잡하니?",
"DNP3가 IEC61850의 맵핑 과정보다 추상적인 데이터 구조를 제공하지 못하기 때문에 복잡하니?",
"Variation들을 HasSubtype으로 보유한 Object 10은 무엇으로 정의하였어?",
"HasSubtype으로 Variation들을 보유한 Object 10이 정의한 것은 무엇이야?",
"IEC61850에 비해 모델링 할 데이터를 DNP3.0은 훨씬 많이 갖고 있니?",
"DNP3의 IEC61850에 비해 모델링 할 데이터를 훨씬 많이 갖고 있어?",
"Register는 계량기에 나타내는 정보는 무엇으로 저장되니?",
"계량기에 나타내는 정보가 무엇으로 강조되지?",
"그림 6에서 볼 수 있듯이 variable로 포함하는 Register는 무엇이니?",
"어떤 Register가 그림 6에서 볼 수 있듯이 variable로 포함하지?",
"OPC UA 클라이언트는 IEC61850 및 DNP3.0 객체를 SDG 서버에서 제공하는 무엇을 통하여 관리하고 있어?",
"IEC61850 및 DNP3 객체를 OPC UA 클라이언트가 SDG 서버에서 공급하는 무엇을 통하여 관리하고 있니?",
"Tilepro64 CPU는 어떤 부품인가요?",
"어떤 부품인가요 것이 Tilepro64 CPU일까?",
"H/W 플랫폼을 구현하기 위해 사용된 TILERA사의 64 Many-core 제품의 모델명은 무엇이니?",
"TILERA사의 64 Many-core 제품의 모델명으로 H/W 플랫폼을 구현하기 위해 이용된 것은 뭐야?",
"64개의 Tile(Core)를 제공하고 SDG를 구성하는 프로세서의 이름은 뭐야?",
"64개의 Tile를 제공하고 SDG에 대해 이루어지는 프로세서느 무엇을 통해 구성하니?",
"어플리케이션이 성능측면에서 매우 빠른 속도를 제공하는 것은 무엇을 사용하지 않기 때문이니?",
"성능측면에서 어플리케이션이 매우 빠른 속도를 공급하는 것은 무슨 사용이니?",
"Triangle MicroWorks사의 SCL는 어떤 모듈에서 사용되었어?",
"Triangle MicroWorks사의 SCL가 이용된 건 어떤 모듈이야?",
"IEC61850 클라이언트 모듈과 DNP3.0 마스터 모듈에서 사용된 제품은 모두 SISCO사의 제품이 맞아?",
"DNP3 마스터 모듈과 IEC61850 클라이언트 제품이 이용되었어?",
"그림 8은 SDG 내부의 AddressSpace의 노드 정보를 UaExpert 구동 화면을 통해 어떻게 가져온 그림이니?",
"SDG 내부의 AddressSpace의 노드 정보를 그림 8은 UaExpert 구동 화면을 통해 어떻게 가져온 것이야?",
"Object10이 가지는 정보는 무엇이니?",
"무엇이 Object10이 가지는 정보야?"
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인공물ED
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심음 기반의 심장질환 분류를 위한 새로운 시간영역 특징
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<p>위의 결과를 기반으로. 하여 본 논문에서는 가장 좋은 성능을 획득한 시간영역의 특징들을 점증적으로 추가하였다. 표 4 에서 보는바와 같이 ELM 기반의 심장질환 분류기는 41 차 MFCC의 경우 \( 75.0 \% \) 를 나타내었고, 41 차 MFCC에 20 차 심잡음 확률벡터를 추가한 경우 \( 81.3 \% \) 를 나타내었고, 41 차 MFCC와 20차 심잡음 확률벡터에 30차 심음 포락선을 추가한 경우 \( 84.4 \% \) 를 나타내었고, 41 차 MFCC, 20차 심잡음 확률벡터, 그리고 30차 심음 포락선에 10 차 심잡음 진폭값 변동을 추가한 경우 \( 85.3 \% \)를 나타내었다. 본 논문에서 제안한 모든 특징들을 사용하였을 경우, 그 알고리듬은 표 4 에서 보는 바와 같이 MLP, SVM, ELM 기반의 심음 분류기는 각각 \( 80.0 \%, 81.6 \% \), \( 85.3 \% \) 의 분류 정확도를 나타내었다. 이 결과들은 기본 특정과 비교하여 \( 24.8 \%, 27.3 \%, 41.2 \%,\)의 상대적 개선율을 나타내었다.</p> <table border><caption>표 4. 시간영역 특징들을 점증적으로 추가될 경우 분류 정확도</caption> <tbody><tr><td rowspan=2>Incremental Feature (dim)</td><td colspan=4>Classification Accuracy (%)</td></tr><tr><td>MLP</td><td>SVM</td><td>ELM</td><td>Average</td></tr><tr><td>MFCC (41)</td><td>73.4</td><td>74.7</td><td>75.0</td><td>74.4</td></tr><tr><td>+Probability (20)</td><td>80.3</td><td>78.1</td><td>81.3</td><td>79.9</td></tr><tr><td>+Envelge (30)</td><td>78.9</td><td>80.9</td><td>84.4</td><td>81.4</td></tr><tr><td>+Amplitude (10)</td><td>80.0</td><td>81.6</td><td>85.3</td><td>82.3</td></tr></tbody></table> <h2>4.4. 심장질환 검출</h2> <p>9 개의 심장질환 종류에 대한 심장질환 분류실험에서 나온 결과를 사욯하여 심장질환 유무를 판단하는 심장질환 검출성능을 측정하였다. 기존의 41 차 MFCC 특징벡터를 이용한 ELM 기반 패턴분류기는 \( 6.9 \% \) 의 오거부율(false rejection rate)과 \( 5.6 \% \) 의 오인식률 (false alarm rate)을 보였다. 하지만, 지속시간을 제외한 모든 시간특징을 추가한 ELM 기반 패턴분류기는 표 5 에서 보는 비와같이 \( 0.6 \% \) 의 오거부율과 \( 4.4 \% \) 의 오인식률을 보였다. 이러한 결과는 제안한 알고리듬이 전자 청진기 또는 건강 시스템에 효과적으로 활용될 수 있음을 나타낸다.</p> <table border><caption>표 5. .ELM을 이용한 제안한 알고리듬의 심장질환 검출 성능</caption> <tbody><tr><td>입력 \연식결과</td><td>정상(%)</td><td>비정상(%)</td></tr><tr><td>정상</td><td>99.4</td><td>0.6</td></tr><tr><td>비정상</td><td>4.4</td><td>95.6</td></tr></tbody></table>
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"본문의 표 4. 시간영역 특징들을 점증적으로 추가될 경우 분류 정확도에서 MFCC의 MLP Accuracy는 얼마야?",
"본문의 표 4. 시간영역 특징들을 점증적으로 추가될 경우 분류 정확도에서 MFCC의 SVM Accuracy는 얼마지?",
"본문의 표 4. 시간영역 특징들을 점증적으로 추가될 경우 분류 정확도에서 MFCC의 ELM Accuracy는 얼마니?",
"본문의 표 4. 시간영역 특징들을 점증적으로 추가될 경우 분류 정확도에서 MFCC의 Average Accuracy는 얼마인가?",
"본문의 표 4. 시간영역 특징들을 점증적으로 추가될 경우 분류 정확도에서 MFCC+Probability의 ELM Accuracy는 얼마 정도야?",
"본문의 표 4. 시간영역 특징들을 점증적으로 추가될 경우 분류 정확도에서 MFCC+Probability의 SVM Accuracy는 얼마 정도지?",
"본문의 표 4. 시간영역 특징들을 점증적으로 추가될 경우 분류 정확도에서 MFCC+Probability의 MLP Accuracy는 얼마 정도니?",
"본문의 표 4. 시간영역 특징들을 점증적으로 추가될 경우 분류 정확도에서 MFCC+Envelge의 MLP Accuracy는 얼마 정도인가?",
"본문의 표 4. 시간영역 특징들을 점증적으로 추가될 경우 분류 정확도에서 MFCC+Envelge의 SVM Accuracy는 얼마 정도일까?",
"본문의 표 4. 시간영역 특징들을 점증적으로 추가될 경우 분류 정확도에서 MFCC+Envelge의 ELM Accuracy는 얼마 정도의 값이야?",
"본문의 표 4. 시간영역 특징들을 점증적으로 추가될 경우 분류 정확도에서 MFCC+Envelge의 Average Accuracy는 얼마 정도의 값이지?",
"본문의 표 4. 시간영역 특징들을 점증적으로 추가될 경우 분류 정확도에서 MFCC+Amplitude의 SVM Accuracy는 얼마 정도의 값을 가져?",
"본문의 표 4. 시간영역 특징들을 점증적으로 추가될 경우 분류 정확도에서 MFCC+Amplitude의 MLP Accuracy는 얼마 정도의 값을 가지니?",
"본문의 표 5.ELM을 이용한 제안한 알고리듬의 심장질환 검출 성능에서 입력이 비정상일때 연식결과가 정상일 확률은 얼마지?",
"본문의 표 5.ELM을 이용한 제안한 알고리듬의 심장질환 검출 성능에서 입력이 비정상일때 연식결과가 정상일 확률은 얼마인가?",
"본문의 표 5.ELM을 이용한 제안한 알고리듬의 심장질환 검출 성능에서 입력이 비정상일때 연식결과가 비정상일 확률은 얼마일까?",
"본문의 표 4. 시간영역 특징들을 점증적으로 추가될 경우 분류 정확도에서 MFCC+Probability의 Average Accuracy는 얼마일까?",
"본문의 표 4. 시간영역 특징들을 점증적으로 추가될 경우 분류 정확도에서 MFCC+Amplitude의 Average Accuracy는 얼마 정도의 값일까?",
"본문의 표 4. 시간영역 특징들을 점증적으로 추가될 경우 분류 정확도에서 MFCC+Amplitude의 ELM Accuracy는 얼마 정도의 값인가?",
"본문의 표 5.ELM을 이용한 제안한 알고리듬의 심장질환 검출 성능에서 입력이 정상일때 연식결과가 정상일 확률은 얼마야?"
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인공물ED
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심음 기반의 심장질환 분류를 위한 새로운 시간영역 특징
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<h2>4.3. 심장질환 분류</h2> <p>본 논문에서는 MFCC의 다양한 특징차원에 따른 심장질환 분류성능을 비교하였다. 표 2 에서 보는 바와 같이 MLP, SVM, EDM 기반의 다양한 패턴분류기에서 MFCC의 다른 차원에 따른 분류정확도를 비교하였다. 다양한 패턴분류기에서 41 차 MFCC (로그 에너지 포함)의 41 차 특징벡터일 때 가상 높은 평균 정확도를 보였다. 심음신호는 음성신호보다 더 긴 기본 주기를 가지므로 음성인식을 위한 13 차 MFCC와 비교하여 더 많은 계수들을 요구한다. 앞으로 본 논문에서는 기본 특징 (baseline feature)으로 41 차 MFCC를 사용한다.</p> <table border><caption>표 2. 다른 MFCC 차원에 따른 분류 정확도</caption> <tbody><tr><td rowspan=2>MFCC dimension</td><td colspan=4>Classification Accuracy (%)</td></tr><tr><td>MLP</td><td>SVM</td><td>ELM</td><td>Average</td></tr><tr><td rowspan=2>21</td><td>72.8</td><td>72.2</td><td>73.8</td><td>72.9</td></tr><tr><td rowspan=2>73.1</td><td rowspan=2>74.1</td><td rowspan=2>75.0</td><td rowspan=2>74.1</td></tr><tr><td>31</td></tr><tr><td>41</td><td>73.4</td><td>74.7</td><td>75.0</td><td>74.4</td></tr><tr><td>51</td><td>71.3</td><td>73.1</td><td>76.1</td><td>73.5</td></tr></tbody></table> <p>본 논문에서는 표 3 에서 보는 바와 겁이 기본 특징에 각각의 시간영역 특징을 추가하여 정확도를 계산하였다. 표 3에서 보는 바와 같이 기본 특징인 41 차 MFCC에 20차 심잡음 확률벡터 ('Probability')를 추가한 MLP 심장질환 분류기는 \( 80.3 \% \) 를 나타내었고 기본 특징인 41 차 MFCC에 1차 심잡음 지속시간 ('Duration')을 추가한 MLP 삼장질환 분류기는 \( 71.9 \% \)를 나타내었다. 비정상적인 심음신호는 심잡음의 시간적 위치와 포락선 정보가 중요하므로 심잡음 확률벡터, 심음 포락선 ('Envelope'), 심잡음 진폭값 변동 (Amplitude') 등과 같은 특징들은 현저하고 일관된 향상을 보였다. 그러나 심잡음 지속시간은 정확도가 향상되지 않았다. 신잡음 확률벡터를 추가하였을 경우, 심잡음의 시간적 위치를 가장 잘 반영하므로 가장 높은 분류정확도를 나타내었다. 심음 포락선과 심잡음 진폭 변동값은 심잡음 포락선 정보를 가진다. 신잡음 진폭 변동값은 대역통과 필터를 통과하므로 잡음신호가 존재하는 정상 심음신호에서의 분류 정확도가 저하된다. 그러므로 심음 포락선은 심잡음 진폭값 변동보다 더 높은 분류 정확도를 나타내었다.</p> <table border><caption>표 3. 시간영역 특징들의 분류 정화도 기여도</caption> <tbody><tr><td rowspan=2>Added features (dim)</td><td colspan=4>Classification Accuracy (%)</td></tr><tr><td>MLP</td><td>SVM</td><td>ELM</td><td>Average</td></tr><tr><td rowspan=2>Envelope (30)</td><td>75.9</td><td>76.3</td><td>79.7</td><td>77.3</td></tr><tr><td rowspan=2>80.3</td><td rowspan=2>78.1</td><td rowspan=2>81.3</td><td rowspan=2>79.9</td></tr><tr><td>Probability (20)</td></tr><tr><td>Amplitude (10)</td><td>76.6</td><td>74.7</td><td>76.3</td><td>75.9</td></tr><tr><td>Duration (1)</td><td>71.9</td><td>73.4</td><td>75.6</td><td>73.6</td></tr></tbody></table>
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"표 2 다른 MFCC 차원에 따른 분류 정확도에서 SVM의 결과 중 가장 큰 값의 MFCC dimension 항목은 어떤거야?",
"표2에서 MFCC dimension 21의 결과 중 결과 값이 가장 클 경우, 어떤 항목입니까?",
"표2를 보면 평균 값을 비교할 때, 가장 작은 결과의 MFCC dimension의 항목은 무엇일까?",
"표 3 시간영역 특징들의 분류 정화도 기여도에서 평균 값을 비교하면 가장 큰 결과는 얼마입니까?",
"표3에서 Envelope (30)의 결과 값이 79.7이면 Classification Accuracy의 어떤 항목입니까?",
"표3에서 Amplitude (10)과 Duration (1)의 SVM를 비교하면 어느 쪽이 더 작습니까?",
"표 3을 보면 Duration (1)의 평균은 어떤 값을 가집니까?",
"표 2 다른 MFCC 차원에 따른 분류 정확도에서 MLP의 결과 중 가장 작은 값은 얼마입니까?",
"표 2에서 MFCC dimension의 21과 41을 비교하면 평균 값이 어느 쪽이 더 큰가요?",
"표 3에서 MLP의 결과가 가장 큰 값의 Added features는 어떤 거야?"
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인공물ED
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심음 기반의 심장질환 분류를 위한 새로운 시간영역 특징
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<h1>IV. 실험 결과</h1> <h2>4.l, 심음 데이터</h2> <p>심장질환 분류 능력을 기르기 위해서 제작된 교육용 오디오 시디 (CD)와 Washington 의과대학, Texas 심장협회에서 공개한 심음 데이터베이스로부터 심음신호를 추출하였다. 여기에 본 연구실에서 수집한 실재 정상인의 심음신호를 추가하여 데이터베이스를구축하였다. 심음데이터는 \( 2 \mathrm{kHz} \) 로 샘플링 되어 16 비트 펄스 코드 변조 (pulse code modulation; PCM)로 저장되었다.</p> <p>심음 데이터베이스는 다수의 주기를 포함하는 연손 심음 데이터로 구성된다. 본 논문에서 각 연속 심음 데이터로부터 추출한 단일 주기 심음을 사용한다. 실험에 사용된 정상 및 심장질환별로 나누어진 연속 심음 데이터의 개수는 표 1과 같다.</p> <p>총 9 개 종류의 심음데이터를 이용하여 학습된 모델을 구축하고 인식실험을 하였다. 심장질환 분류실험에서 비정상적인 심장질환에 대한 데이터의 개수가 적으므로 전체 160 개의 심음데이터에서 159 개의 심음데이터는 학습용 데이터로 사용하고 1 개의 심음데이터만 인식용 데이터로 사용하였다. 인식용 데이터를 바꾸어 가면서 이러한 과정을 반복하여 모든 데이터가 반드시 한 번씩 인식용 데이터로 사용되도록 함으로써, 적은 데이터를 이용 하여도 신뢰성 있는 인식결과를 얻을 수 있는 교차검증(cross-validation) 방식을 이용하였다.</p> <table border><caption>표 1. 심음질환 종류와 데이터 수</caption> <tbody><tr><td colspan=2>심장질환 종류</td><td>심음 데이터 개수</td></tr><tr><td colspan=2>정상</td><td>80</td></tr><tr><td rowspan=9>비정상</td><td>대동맥판 역류 (AR)</td><td>6</td></tr><tr><td>대동맥판 협착 (AS)</td><td>9</td></tr><tr><td>대동맥판 합성 (AR+AS)</td><td>12</td></tr><tr><td>승모판 역류 (MR)</td><td>9</td></tr><tr><td>승모판 협착 (MS)</td><td>12</td></tr><tr><td>승모판 합성 (MR+MS)</td><td>5</td></tr><tr><td>승모판 탈출 (MVP)</td><td>14</td></tr><tr><td>심실강모 결손 (VSD)</td><td>13</td></tr><tr><td>소계</td><td>80</td></tr></tbody></table> <h2>4.2. 신경회로망 기반 심장질환 분류기</h2> <p>MLP 기반의 심음 분류기는 2개의 은닉층을 가지고 출력층은 9가지 심장질환 확률을 가지는 신경회로망으로 구성하였다. 입력층은 특징벡터로 구성되어 있다. 첫 번째 은닉층의 노드 개수는 100 이고 두 번째 은닉층의 노드 개수는 20 이다. 최대 epoch의 수는 300 이고 목표 에러값은 0.0001로 설정하였다. 학습률은 0.1이고 모멘텀 상수는 0.5로 설정하였다. 활성화 함수는 시그모이드(sigmoid) 함수를 사용하였고 학습 함수는 scaled conjugate gradient 알고리듬을 사용하였다.</p> <p>SVM 기반의 심장질환 분류기의 입력층은 특정벡터로 구성되어 있고 출력층은 9 가지 심장질환 확률을 가지는 신겅회로망으로 구성하였다. 방사 기저함수 구조 (Radial-basis function networks; RBFN) 커널을 사용하였고 상반관계 (trade-off) 가중치 값 \( C \)는 이전 연구에서 보는 바와 같이 상대적으로 좋은 성능을 보이는 500 으로 설정하였다. One-against-all을 사용하여 멀티 클래스로 확장하였다.</p> <p>ELM 기반의 심음 분류기는 1 개의 은닉층을 가지고 출력층은 9가지 심장질환 확률을 가지는 신경회로망으로 구성하였다. 입력층은 특징벡터로 구성되이 있다. 은닉층 뉴런의 개수는 이전 연구에서 보는 바와 같이 상대적으로 좋은 성능을 보이는 1000 로 설정하였나. 활성 함수는 시그모이드 함수를 사용하였다.</p>
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"심장질환 종류가 비정상인 경우 대동맥판 역류 (AR)의 심음 데이터 개수 값은 뭐야?",
"대동맥판 협착 (AS)은 심음 데이터 개수의 값이 뭐지?",
"비정상인 경우 대동맥판 합성 (AR+AS)의 심음 데이터 개수 값은 무엇인가?",
"비정상의 승모판 협착 (MS)은 심음 데이터 개수가 얼마지?",
"승모판 합성 (MR+MS)의 심음 데이터 개수는 얼마인가?",
"정상의 경우 심음 데이터 개수가 몇개야?",
"심장질환 종류가 비정상이면 승모판 탈출 (MVP)의 심음 데이터 개수는 몇이야?",
"심실강모 결손 (VSD)의 심음 데이터 개수는 몇이지?",
"비정상의 소계는 심음 데이터 개수가 몇인가?",
"심장질환 종류가 비정상일때 승모판 역류 (MR)의 심음 데이터 개수는 얼마야?"
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인공물ED
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OR-AND 구조의 퍼지 뉴럴 네트워크를 이용한 태양광 발전 출력 예측 시스템 개발
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<h1>II. 본론</h1><p>로직을 기반으로 한 퍼지 뉴럴 네트워크 구조에서 AND 뉴런과 OR 뉴런의 연산과정이 가장 중요한 부분이다. 입력층과 은닉층, 은닉층과 출력층의 연결 강도 및 가중치를 AND 뉴런과 OR 뉴런의 연산과정이 결정하기 때문이다. AND 뉴런과 OR 뉴런으로 구성된 로직 기반 모델의 기본 구조를 해석하기 위한 수식은 아래와 같이 표현된다.</p><p></p><p>\( y=A N D(x ; w)=T_{i}^{n}\left(w_{i} s x_{i}\right) \)<caption>(1)</caption></p><p>식(1)은 AND 뉴런의 연산방법을 나타낸다. AND 뉴런은 비선형 상의 논리 구조로 입력 \( x \)와 출력 \( y \)로 구성되며 \( w \)는 \( n \)차원의 연결 강도 벡터를 나타내고, '\( s \)'와 '\( T \)'는 각각 s-norm과 t-norm을 나타낸다. 각각의 입력 \( x_{i} \)는 대응되는 연결 강도 \( w_{i} \)와 or 형태로 연산되고, 그 결과가 t-norm에 의해 and 형태로 결합되어 진다. s-norm과 t-norm의 순서를 바꿔 OR 뉴런을 아래와 같이 쉽게 얻을 수 있다.</p><p>\( y=O R(x ; w)=S_{i}^{n}\left(w_{i} t x_{i}\right) \)<caption>(2)</caption></p><p>OR 뉴런에서 입력은 연결 강도와 and 형태로 연산되고, or 형태로 결합된다. AND 뉴런의 경우 연결 강도 \( w_{i} \)의 값이 작을수록 대응하는 입력 \( x_{i} \)와 밀접한 관련성을 가진다. \( w_{i}=1 \) 일 때, AND 뉴런으로 \( x_{i} \)의 입력 연결은 없는 것과 같다. 기준을 0.5 로 했을 때, \( w_{i}>0.5 \) 이면 연결이 제거된 것과 같으며, 그 반대의 경우는 연결이 존재하는 즉, 연결 강도가 0인 것과 같다. \( x \)와 \( w \)가 \([0,1] \)의 2진 값만 가질 경우의 AND 뉴런은 논리 AND 게이트와 같이 동작한다. OR 뉴런의 경우 연결 강도 \( w_{i} \)의 값이 클수록 대응하는 입력 \( x_{i} \)의 관련성이 높다. 즉, \( w_{i}=0 \)이면 OR 뉴런에 \( x_{i} \) 입력 연결이 없는 것과 같다. \( w_{i}<0.5 \)인 경우 이 연결은 제거된 것과 같으며 그 반대의 경우 연결 강도가 1인 것과 같다. \( x \) 와 \( w \) 가 \([0,1] \) 의 2진 값만 가질 때의 OR 뉴런은 논리 OR 게이트와 같은 동작을 한다.</p><p>그림 1에서 OR 뉴런에 연결되는 1에 가까운 연결 강도와 AND 뉴런으로 연결되는 0에 가까운 연결 강도는 필수적인 입력에 해당하게 되어 뉴런에 영향이 미치게 된다. 이처럼 로직 기반 모델을 사용할 때 수많은 연결망에서 불필요한 연결을 효과적으로 제거하여 최적화된 결과를 얻을 수 있게 된다. 또한 OR-AND 구조의 퍼지 뉴럴 네트워크는 적은 수의 퍼지 규칙이 큰 영역을 커버하므로 기존의 AND-OR 구조의 퍼지 뉴럴 네트워크 보다 적은 수의 규칙으로 향상된 결과를 얻을 수 있다.</p>
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"AND와 OR 뉴런의 연산을 통하면 연결 강도와 무엇을 결정할 수 있는가?",
"퍼지 뉴럴 네트워크 구조는 무엇을 기반으로 하는가?",
"AND 뉴런과 OR 뉴런으로 이루어진 모델을 무엇이라 하는가?",
"AND 뉴런의 출력은 무엇으로 표현되는가?",
"OR 뉴런에서 연결 강도가 클 수록 무엇의 관련성이 높아지는가?",
"\\( x_{i} \\)와 \\( w_{i} \\)의 or 연산 결과는 무엇에 의해 and 형태로 결합되는가?",
"AND 뉴런과 무엇의 연산과정이 가장 중요한가?",
"\\( x_{i} \\)의 입력 연결을 무시하는 조건은 무엇인가?",
"불필요한 연결을 제거해 최적화를 하는 모델은 무엇인가?",
"\\( x \\)와 \\( w \\)가 0 또는 1의 값만 가질 경우 AND 뉴런은 무엇과 같이 동작하는가?",
"OR 뉴런의 s-norm과 t-norm의 순서를 바꾸면 무엇이 되는가?",
"연결 강도 값의 크기와 입력의 관련성이 반비례한 뉴런은 무엇인가?",
"어떤 뉴런에 연결되는 0에 가까운 강도가 필수적 입력인가?",
"OR 뉴런이 논리 OR 게이트와 같이 동작하기 위해 \\( x \\) 와 \\( w \\)가 가질 수 있는 값은 무엇인가?",
"OR 뉴런에 연결되는 필수적 입력은 연결 강도가 무엇에 가까운가?",
"\\( w \\)는 \\( n \\)차원의 무엇을 뜻하는가?",
"\\( w_{i}<0.5 \\) 이면 연결 강도가 0인 것과 같은가?",
"뉴럴 네트워크 계층 사이의 연결 강도 및 가중치는 로직 뉴런의 계산으로 결정되는가?",
"3 번째 입력은 \\( x_{3} \\)으로 나타낼 수 있는가?",
"'\\( s \\)'가 지시하는 정보는 t-norm인가?",
"AND 뉴런의 연산 방법은 \\(A N D(x ; w)\\)로 표현되는가?",
"AND 뉴런의 입력은 연결 강도와 or 형태로 연산되고, and 현태로 결합되는가?",
"퍼지 뉴럴 네트워크는 OR-AND 구조가 AND-OR 구조보다 적은 규칙이 필요한가?",
"\\( w_{i}=0 \\)일 때 \\( x_{i} \\) 입력 연결을 무시하는 것은 OR 뉴런인가?"
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인공물ED
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OR-AND 구조의 퍼지 뉴럴 네트워크를 이용한 태양광 발전 출력 예측 시스템 개발
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<h1>I. 서론</h1><p>현재 전 세계적으로 사용하는 주 에너지원은 한정된 매장량과 그 사용에 따라오는 환경오염 등의 문제를 가지고 있는 화석연료이다. 이를 해결하고자 하는 대안으로 새로운 청정에너지원 즉, 신재생 에너지에 대한 많은 투자 및 연구가 진행되고 있으며, 풍력, 태양광, 태양열, 지열, 조력 등 여러 가지 재생 에너지 중 태양광 발전 연구가 가장 활발히 진행 중이다. 태양광 발전은 태양의 빛에너지를 변환시켜 전기를 생산하는 기술로 햇빛을 받으면 광전효과에 의해 전기를 발생하는 태양전지를 이용한 발전 방식으로, 무한정, 무공해의 태양에너지를 이용하기 때문에 친환경적이며 무인화가 가능하다는 이점을 가지고 있으나, 일사량에 따른 발전량 편차가 심하고, 설치장소가 한정적이며 초기 비용이 비싸다는 단점이 있다.</p><p>본 논문에서는 퍼지 뉴럴 네트워크(fuzzy neural network)를 이용한 태양광 발전 출력 예측 시스템을 제안하고자 한다. 퍼지 뉴럴 네트워크 방식은 퍼지로직과 뉴럴 네트워크 각각의 장점을 결합한 방식으로 여러 분야에서 활발한 연구가 이루어지 고 있다. 하지만 퍼지로직의 입력 수와 소속함수의 수가 증가함에 따라 퍼지 규칙의 수가 기하급수적으로 증가하게 되고, 이에 따라 최적화되어야 할 파라미터 수도 증가하게 되면서 지역 극소점에 당면하게 된다. 이러한 단점을 보완하기 위해 본 논문에서는 로직 기반의 OR 뉴런과 AND 뉴런을 사용한 OR-AND 구조의 퍼지 뉴럴 네트워크를 사용하였다. 기존 방식에 비해 로직 기반의 퍼지 뉴럴 네트워크는 전체 입력 중에서 영향력이 큰 소수의 입력만을 선택하여 사용하므로 파라미터 수의 증가를 막을 수 있으며, 최적화시 지역 극소점에 당면하는 문제를 해결할 수 있다. 본 논문에서는 이러한 로직 모델을 이용한 퍼지 뉴럴 네트워 크를 통해 일사량, 강수량, 온도, 습도 등의 기상데이터에 따른 태양광 발전량을 예측하는 모델을 개발하고자 한다.</p>
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"전 세계적으로 주로 사용하는 에너지원은 무엇인가?",
"화석연료는 언젠가 매장량이 고갈될 것인가?",
"새로운 청정에너지원을 무엇이라 하는가?",
"풍력은 신재생 에너지인가?",
"재생 에너지 중 가장 활발한 연구가 이뤄지고 있는 발전은 무엇인가?",
"바람, 태양, 파도 등은 신재생 에너지의 원천이 될 수 있는가?",
"햇빛을 받으면 전기가 발생되는 효과는 무엇인가?",
"태양광 발전은 태양의 무엇을 전기로 변환하는가?",
"태양에너지는 제한과 한계가 없으며 공해 역시 없는가?",
"태양에너지는 무인발전이 가능한가?",
"태양광 발전은 무엇에 따라 발전량 편차가 심한가?",
"태양광 발전은 장소에 구애받지 않고 설치 가능한가?",
"태양광 발전 출력 예측 시스템은 무엇을 이용하는가?",
"퍼지 뉴럴 네트워크를 이용하면 태양광 발전으로 인한 출력을 예상할 수 있는가?",
"퍼지 뉴럴 네트워크 방식은 뉴럴 네트워크와 무엇의 장점을 결합했는가?",
"퍼지 규칙의 수는 퍼지로직의 입력과 무엇의 수가 증가하면 증가하는가?",
"최적화가 필요한 파라미터 수가 늘어나면 무엇에 도달하는가?",
"OR-AND 구조는 OR 뉴런과 무엇을 사용하는가?",
"OR 뉴런과 AND 뉴런은 무엇 기반인가?",
"화석연료를 사용하면 무엇이 발생하는가?",
"태양광 발전의 비싼 초기 비용은 장점으로 작용하는가?",
"퍼지 규칙의 개수 증가로 무엇의 최적화 요구량이 늘어나는가?",
"영향력이 큰 소수의 입력만 사용하면 무엇의 개수 증가가 방지되는가?",
"퍼지 뉴럴 네트워크는 전체 입력 중에서 무엇만을 선택하는가?",
"기존 방식은 최적화시 무엇에 도달하는 문제가 있는가?",
"기상데이터는 온도, 습도 등의 정보를 포함하는가?",
"개발하고자 하는 모델은 기상데이터에 따른 무엇을 예측하는가?",
"태양광 발전은 환경오염의 문제를 가지고 있는가?"
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인공물ED
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OR-AND 구조의 퍼지 뉴럴 네트워크를 이용한 태양광 발전 출력 예측 시스템 개발
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<p>본 논문에서는 OR-AND 구조의 퍼지 뉴럴 네트워크에 임의의 지역에서 수집한 기상데이터 중 일사량, 습도, 온도, 강수량 등의 데이터를 태양광 발전량 예측에 대한 변수로 사용하였다. 입력변수로 사용되는 값들은 평균 일사량 \( \mathrm{s}(\mathrm{n}), \mathrm{s}(\mathrm{n}-1), \mathrm{s}(\mathrm{n}-2), \mathrm{s}(\mathrm{n}-3) \), 표준편차 \( \mathrm{e}(\mathrm{n}), \mathrm{e}(\mathrm{n}-1), \mathrm{e}(\mathrm{n}-2), \mathrm{e}(\mathrm{n}-3) \), 출력 \( P(n-1), P(n-2) \)이며, 입력변수에 대한 출력 값은 현재의 발전출력 \( \mathrm{P}(\mathrm{n}) \)으로 나타낸다. 여기서 얻은 입력변수를 소속함수를 통하여 소속도로 변환하여 사용하게 된다. 일반적인 퍼지 뉴럴 네트워크의 경우 많은 입력변수를 가지게 되면 모델의 복잡도가 높아져서 최적의 모델을 찾기가 쉽지 않으므로, 사용된 모델은 구조를 간단하게 하여 적은 입력변수만 사용하는 이점을 가지는 OR-AND 구조의 퍼지뉴럴 네트워크를 사용하였다. 실험을 위한 데이터는 실제 태양광 발전기를 설치 운용하여 가장 좋은 시기의 데이터를 실험에 사용하는 것이 가장 정확하고 좋은 방법이지만 태양광 발전 설비 운용은 현실적으로 어려워 NSRDB(national solar radiation database)에서 제공하는 미국 태양광 발전 지역의 기상 및 태양 복사 조도 데이터를 토대로 태양광 발전의 출력량을 예측해 보았다. 수집된 2017년 1월부터 12월까지의 1년간 데이터를 30분 간격으로 정렬한 17520개의 데이터 중에서 3분의 2는 학습용 데이터로 사용하였고, 3분의 1은 테스터 데이터로 사용하였다. 본 데이터를 이용한 모델은 1시간 이후의 평균 발전출력량을 예측하는 것을 목적으로 하였다. 모델의 학습을 위해 우선 유전 알고리즘을 이용하여 최적의 입력 및 2진의 연결 강도를 구했으며, 유전 알고리즘으로 최적화된 2진 연결 강도들을 \( [0,1] \) 구간에서 경사학습법(Gradient descent method)을 통해 미세학습을 수행하였다. 모델 최적화에 사용된 파라미터 값들은 실험을 통해 얻은 최적의 조합으로 선택하였고, C언어를 이용하여 시뮬레이션 하였다. 본 실험에서는 유전 알고리즘과 경사학습법을 이용하여 모델을 최적화하고 결과를 도출하여 트레이닝 데이터와 테스팅 데이터를 실제의 값과 비교해 오차의 정도를 확인하고 오차율을 줄이는 방법을 연구하였다.</p><p>그림 2는 유전 알고리즘을 이용한 모델의 학습 결과를 나타내었다. 학습 결과 전체 입력 중에서 은닉층으로 연결되는 최적의 부분 입력들이 선택 되었고 2진의 연결 강도들이 최적화된다.</p><p>그림 3은 유전 알고리즘으로 최적화된 2진 연결 강도들을 경사학습법을 이용해 미세 학습한 결과를 보여주고 있으며, 유전 알고리즘으로 학습된 모델이 더 미세하게 학습되고 있음을 알 수 있다. 알고리즘 성능 평가는 식(3)과 같이 학습된 결과와 목표값이 평균적으로 얼마나 차이가 나는지를 판단하는 방법으로 평균 제곱근 오차(Root Mean Square Error, RMSE)를 사용하였다. RMSE는 값이 작을 수록 예측이 더 정확하다는 것을 나타내며, 알고리즘 성능 평가 결과 트레이닝 데이터의 경우 0.052 테스팅 데이터의 경우 0.059의 오차가 도출되었고, 이는 실제 출력값과 최적화된 모델에 데이터를 입력하여 출력된 결과값을 비교하여 나타낸 오차이다.</p><p>\( R M S E=\sqrt{\frac{1}{N} \sum_{i=1}^{N}\left(F_{i}-O_{i}\right)^{2}} \)<caption>(3)</caption>\( F_{i} \) : 예측모델에 의한 예측값 \( O_{i} \) : 실제값, \( N: \) 데이터의 수</p>
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"해당 연구에서 무엇을 미지수로 이용했어?",
"무엇을 본 논문에서 미지수로 활용했니?",
"퍼지 뉴럴 네트워크의 구조는 뭐야?",
"무엇이 퍼지 뉴럴 네트워크의 구조일까?",
"입력변수 중 출력값은 어떻게 표시되나요?",
"입력변수 중 어떤 출젥값이 있어",
"최고로 정확하고 확실한 실험 데이터는 뭐야?",
"어떤 실험 데이터가 최고로 정확하게 판단했지?",
"어재서 OR-AND 구조의 퍼지뉴럴 네트워크를 이용해?",
"OR-AND 구조의 퍼지뉴럴 네트워크를 사용하는 것은 어재야?",
"입력 변수 중 표준편차는 뭐야?",
"어떤 표준편차가 입력 변수 중 확대되었지",
"일반적인 퍼지 뉴럴 네트워크의 한계는 뭐야?",
"반적인 퍼지 뉴럴 네트워크의 한계는 뭐야",
"수집된 데이터는 어떻게 만들었어?",
"어떻게 수집된 데이터가 만들었지",
"어떤 목표로 해당 모델은 이용되나요?",
"무엇이 이 모델의 목표일까",
"입력변수 중 평균 일사량은 어떻게 풀이되나요?",
"평균 일사량은 입력변수 중 어떻게 풀이되나요 거야",
"OR-AND 구조의 퍼지뉴럴 네트워크의 장점은 뭐야?",
"무엇이 OR-AND 구조의 퍼지뉴럴 네트워크의 장점이야?",
"어떤 실험 자료가 현실적으로 활용되었어?",
"어떤 실험 자료가 제제로 이용된 시스템이지?",
"어떤 시기의 데이터를 모아서 이용한거야?",
"데이터를 모아서 언제 사용한거야?",
"어떤 수치들이 입력 변수로 이용되는가?",
"입력 변수로 사용되는 수치들은 뭐야?",
"입력변수에 대한 출력값은 어떻게 표현되는가?",
"어떻게 입력변수에 대한 출동값이 표현되는가?"
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인공물ED
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OR-AND 구조의 퍼지 뉴럴 네트워크를 이용한 태양광 발전 출력 예측 시스템 개발
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<h1>요 약</h1><p>현재 계속해서 늘어나는 에너지 수요량에 대해 세계적으로 화석연료를 대체할 차세대 에너지의 연구개발이 활발하게 이루 어지고 있다. 그 중, 무한정, 무공해의 태양에너지를 사용하는 태양광 발전 시스템의 비중이 커지고 있지만, 일사량에 따른 발전량 편차가 심해 안정된 전력공급이 어렵고 전력 생산량 자체가 지역별 일사량에 의존하는 문제가 존재한다. 본 논문에서는 이러한 문제점을 해결하기 위해 실제의 지역별 일사량, 강수량, 온도, 습도 등의 기상데이터를 수집하여 로직 기반의 퍼지뉴럴 네트워크를 이용한 태양광 발전 출력 예측 시스템을 제안하였다.</p>
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"에너지 수요량은 현재 계속해서 줄어들고 있는가?",
"차세대 에너지로 어떤 연료를 대체할 수 있는가?",
"태양에너지의 단점으로 알맞지 않은 것은?",
"태양에너지의 취약점이 아닌 것은 무엇이지",
"태양광 발전 시스템은 어떤 특성을 가지고 있는가?",
"태양광 발전 시스템에는 지역별 일사량에 의존하지 않게 된다는 장점이 있는가?",
"태양에너지를 사용하는 비중이 점차 커지고 있는가?",
"태양광 발전 시스템을 사용하기 위해서는 어떤 에너지를 사용해야 하는가?",
"태양광 발전 예측 시스템을 만들기 위해서 어떤 데이터가 선행 수집되어야 하는가?",
"강수량,온도,일사량,습도 등은 태양광 발전 출력 예측 시스템과 전혀 관련이 없는 데이터들인가?",
"태양광 발전 출력 예측 시스템을 만들기 위해서는 어떤 기상데이터를 수집해야 하는가?"
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인공물ED
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OR-AND 구조의 퍼지 뉴럴 네트워크를 이용한 태양광 발전 출력 예측 시스템 개발
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<h1>III. 결론</h1><p>본 논문에서는 일사량에 따른 발전량의 편차가 심하고, 안정된 전력공급이 어렵고, 전력 생산량 자체가 지역별 일사량에 의존한다는 문제점을 지닌 태양광 발전시스템에 적용하고자 태양광 발전 출력을 예측할 수 있는 모델을 제안하였다. 예측모델은 OR-AND 구조의 퍼지 뉴럴 네트워크를 사용함으로써 기존의 퍼지 뉴럴 네트워크의 최적화 파라미터 수의 증가로 인해 발생하는 문제를 보완하였다. 시뮬레이션은 NSRDB에서 지원하는 미국 태양광 발전소 지역의 기상데이터 중 일사량, 강수량, 온도, 습도 데이터를 변수로 하여 사용하였으며, 유전 알고리즘과 경사학습법을 이용하여 모델을 최적화하였다. 최적화된 모델의 성능을 평가한 결과 제안된 모델이 태양광 발전 출력 예측에 적용될 수 있음을 보였다. 향후 연구과제로는 본 논문에서 수행한 실험을 바탕으로 OR-AND 구조의 퍼지 뉴럴 네트워크 예측모델의 정확도를 증가시키는 연구가 수행되어야 할 것이다.</p>
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"안정된 전력공급이 어려운 것은 어떤 발전시스템이야?",
"일사량에 따른 발전량의 편차가 심한 발전시스템은 뭐야?",
"태양광 발전시스템 시뮬레이션은 NSRDB에서 지원하는 미국 태양광 발전소 지역의 기상데이터 중 어떤 데이터를 변수로 하여 사용했는가?",
"예측모델이 사용하는 구조는 뭐야?",
"태양광 발전시스템의 전력 생산량 자체가 의존하는 것은 뭐야?",
"일사량에 따른 발전량의 편차가 심하고, 안정된 전력공급이 어렵고, 전력 생산량 자체가 지역별 일사량에 의존한다는 문제점을 지닌것은 태양광이 맞아?",
"태양광 발전 출력을 예측할 수 있는 예측모델은 OR-AND 구조의 퍼지 뉴럴 네트워크를 사용함으로써 기존의 퍼지 뉴럴 네트워크의 최적화 파라미터 수의 증가로 인해 발생하는 문제를 보완하였는가?",
"향후 연구과제 본 논문에서 수행한 실험을 바탕으로 OR-AND 구조의 퍼지 뉴럴 네트워크 예측모델의 무엇을 증가시키는 연구가 수행되어야 되지?",
"전력 생산량 자체가 지역별 일사량에 의존한다는 문제점이 있는 발전시스템은 뭐야?",
"태양광 발전시스템 시뮬레이션에서 유전 알고리즘과 어떤 학습법을 이용하여 모델을 최적화하였는가?"
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인공물ED
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정밀 합성법에 의한 마이크로스트립 대역통과 필터의 소형화에 관한 연구
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<h1>III. 설계 및 실험</h1> <p>본 논문에서는 앞에서 설명한 정밀합성법을 이용하여 중심주파수가 \( 1 \mathrm{GHz} \) 이고, \( 3 \mathrm{dB} \) 대역폭이 \(1 \mathrm{GHz} \) 이며, 삽입손실 \( 1 \mathrm{dB} \) 와 통과대역 리플이 \( 1 \mathrm{dB} \)인 마이크로스트립 대역통과 필터를 설계한다. 그리고 \( 1.7 \mathrm{GHz} \) 에서 \( 30 \mathrm{dB} \) 이상의 제거특성과 주파수 응답은 Tschebysheff 특성을 갖도록 한다. 또한 전송선로 길이를 결정하는 저지대역 중심주파수는 \( 3 \mathrm{GHz} \) 로 하였다. 이와 같은 대역통과 필터의 설계 요구사항을 표 \(1\)에 정리하였다.</p> <table border><caption>표 1. 설계 요구 사항.</caption> <tbody><tr><td>설계항목</td><td>설계요구사항</td></tr><tr><td>통과대역 주파수</td><td>\( 0.5 \mathrm{GHz} \sim 1.5 \mathrm{GHz} \)</td></tr><tr><td>저지대역 중심주파수</td><td>\( 3 \mathrm{GHz} \)</td></tr><tr><td>삽입손실</td><td>\( 1 \mathrm{~dB} \)</td></tr><tr><td>통과대역 리플</td><td>\( 1 \mathrm{~dB} \)</td></tr><tr><td>제거 레벨</td><td>\( 1.7 \mathrm{GHz} \) 에서 \( 30 \mathrm{~dB} \) 이상</td></tr><tr><td>주파수 응답특성</td><td>Tschedysheff</td></tr></tbody></table> <p>필터를 마이크로스트립으로 구현하기 위해 사용한 기판은 유전상수 \( \left(\varepsilon_{r}\right) \) 가 \( 2.30 \) 이고 두께 \( (\mathrm{t}) \) 가 \( 0.64 \mathrm{mm} \) 인 테플론(teflon)이다.</p> <p>중심주퐈수를 실제 필터의 구현시 필요한 주파수(이를 테면 무선호출에 사용되는 \( 160 \mathrm{MHz} \) 대, \( 300\mathrm{MHz} \) 대 또는 이동통신 의 \( 800 \mathrm{MHz} \) 대 동)와는 무관한 \( 1 \mathrm{GHz} \) 로 선택한 이유눈 특변한 이유가 있는 것이 아니라, 임의의 중심주파수에 대한 구현 가능성을 보기 위한 것이고, 통과대역 역시 광대역임을 보이기 위하여 \( 1 \mathrm{GHz} \) 로 선택하였다. 물론 무선호출과 이동통신에서 필요로 하는 협대역 필터도 정밀합성법을 이용하여 구현이 가능하다.</p> <p>표 \(1\)의 설계 요구사항을 만족하는 필터를 설계하는데 있어서 먼저 할 일은 적절한 회로 형태를 선택하는 것인데, 그림 \( 1\)(a) 와 같은 회로 형태를 가지고 출발한다. 물론 그림 \( 1\)(a) 에 표시된 각 소자의 값들은 전송영점을 지정한 이후에 구체적으로 구한 것인데 이 과정을 아래에 기술한다.</p> <p>회로의 형태가 결정되면 그 회로의 주파수응답과 소자들의 기본적인 형태를 결정하기 위해 전송영점의 개수와 위치를 선정한다. 그림 \( 1\)(a)에서 단위소자가 \(4\)개가 있고, \(3\)개의 병렬 커패시터가 저역통과 소자를 이루고, \(2\)개의 직렬 커패시터와 하나의 병렬 인덕터가 고역통과 소자로 쓰였음을 알 수 있다. 따라서 그림 \(1\)(a)에서와 같은 수의 소자들을 갖고, 위의 설계 요구사항을 만족하는 전송영점의 위치와 개수를 구하면 표 \(2\)와 같다.</p> <p>표 \(2\)에 나와 있는 전송영점의 개수와 위치를 가지고 \(1\)단계 회로망 분석을 하면 아래의 식 (\(9\))와 같은 회로망의 입력임피던스를 구할 수 있다. 식 (\(9\))의 입력임피던스 \( Z_{\text {in }}(S) \) 를 구하는 과정에서 근사식으로 Tschebysheff 대역통과 특성을 사용했고, 계산은 Mathematica 표로그램을 이용했다.</p> <p>\( \begin{aligned} Z_{i n}(S)=& \frac{2 \mathrm{~s}^{10}+1.938 \mathrm{~s}^{9}+6.145 \mathrm{~s}^{8}+4.401 \mathrm{~s}^{7}}{1.938 \mathrm{~s}^{9}+1.877 \mathrm{~s}^{8}+4.401 \mathrm{~s}^{7}} \\ & \frac{+5.865 \mathrm{~s}^{6}+2.699 \mathrm{~s}^{5}+1.853 \mathrm{~s}^{4}}{+2.759 \mathrm{~s}^{6}+2.699 \mathrm{~s}^{5}+0.929 \mathrm{~s}^{4}} \\ & \frac{+0.446 \mathrm{~s}^{3}+0.171 \mathrm{~s}^{2}+0.016 \mathrm{~s}+0.004}{+0.446 \mathrm{~s}^{3}+0.061 \mathrm{~s}^{2}+0.016 \mathrm{~s}} \end{aligned} \)<caption>(9)</caption></p> <p>이제 식 (\(9\))의 입력임피던스를 이용해 S-평면 프로토타입을 추출하는 \(2\)단계 회로망 분석을 한다. 전송영점에 따라 각각의 소자롤 추출하여 그림 \(1\)(a) 형태의 프로토타입을 구하는 과정은 다음과 같다. 우선 \( \mathrm{S}=(1, \mathrm{j} 0) \) 에 전송영점을 갖는 단위소자를 추출하기 위해 식 (\(7\))을 이용하여 식 (\(9\))에 \( \mathrm{S}=1 \) 을 대입하면 단위스자의 특성임피던스 \( Z_{i n}(S) \)\( \left.\right|_{s=1}=1.688 \) 이 되며, 나머지 임피던스는 식 \( (8) \) 에 의해 다음과 같이 된다.</p> <p>\( \begin{aligned} Z_{1}^{\prime}(S)=& \frac{1.073 \mathrm{~s}^{8}+1.040 \mathrm{~s}^{7}+2.157 \mathrm{~s}^{6}}{\mathrm{~s}^{9}+0.969 \mathrm{~s}^{8}+2.437 \mathrm{~s}^{7}+1.585 \mathrm{~s}^{6}} \\ & \frac{+1.257 \mathrm{~s}^{5}+1.053 \mathrm{~s}^{4}+0.303 \mathrm{~s}^{3}}{+1.655 \mathrm{~s}^{5}+0.605 \mathrm{~s}^{4}+0.303 \mathrm{~s}^{3}} \\ & \frac{+0.125 \mathrm{~s}^{2}+0.014 \mathrm{~s}+0.004}{0.044 \mathrm{~s}^{2}+0.012} \end{aligned} \)<caption>(10)</caption></p> <p>\( \mathrm{S}=(0, j \infty) \) 에 전송영점을 갖는 저역통과 소자의 경우 병렬 커패시터를 추출하기 위해 그 값을 구하면 \( \mathrm{C}=1 / 1.073=0.932 \) 가 되며, 나머지 임피던스는 다음 식과 같다.</p> <p>\( \begin{aligned} Z_{1}^{\prime \prime}(S)=& \frac{14.441 \mathrm{~s}^{8}+13.991 \mathrm{~s}^{7}+29.035 \mathrm{~s}^{6}}{5.740 \mathrm{~s}^{7}+5.562 \mathrm{~s}^{6}} \\ & \frac{+16.920 \mathrm{~s}^{5}+14.178 \mathrm{~s}^{4}+4.082 \mathrm{~s}^{3}}{+9.055 \mathrm{~s}^{5}+4.339 \mathrm{~s}^{4}+2.507 \mathrm{~s}^{3}} \\ &+\frac{+1.682 \mathrm{~s}^{2}+0.184 \mathrm{~s}+0.049}{0.415 \mathrm{~s}^{2}+0.110 \mathrm{~s}} \end{aligned} \)<caption>(11)</caption></p> <p>\( \mathrm{S}=(0, \mathrm{j} 0) \) 에 전송영점을 갖는 고역통과 소자의 경우 직렬 커패시터를 추출하기 위하여 소자값을 계산하면 \( \mathrm{C}=0.110 / 0.049=2.258 \) 이며, 나머지 인피던스는 \( \begin{aligned} Z_{1}^{\prime \prime \prime}(S)=& \frac{2.516 \mathrm{~s}^{7}+2.438 \mathrm{~s}^{6}+4.616 \mathrm{~s}^{5}+2.520 \mathrm{~s}^{4}}{\mathrm{~s}^{6}+0.969 \mathrm{~s}^{5}+1.578 \mathrm{~s}^{4}} = \frac{+1.772 \mathrm{~s}^{3}+0.376 \mathrm{~s}^{2}+0.100 \mathrm{~s}}{+0.756 \mathrm{~s}^{3}+0.437 \mathrm{~s}^{2}+0.072 \mathrm{~s}+0.019} \end{aligned} \)<caption>(12)</caption>가 된다. 다시 단위소자는 \( \left.Z_{1}^{\prime \prime}(S)\right|_{s=1}=2.968 \) 이 되며, 나머지 임피던스는</p> <p>\( Z_{1}^{\prime \prime \prime \prime}(S)=\frac{0.533 s^{5}+0.516 s^{4}+0.611 s^{3}}{s^{6}+0.969 s^{5}+1.655 s^{4}+0.827 s^{3}} =\frac{+0.191 \mathrm{~s}^{2}+0.051 \mathrm{~s}}{+0.498 \mathrm{~s}^{2}+0.085 \mathrm{~s}+0.019} \)<caption>(13)</caption>이다. 이와 같은 과정을 반복하여 소자들을 추출하면 그림 \( 1\)(a) 의 프로토타입에 표시한 소자 값들을 얻을 수 있다.</p>
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"협대역 필터는 어떤 방법을 사용하여 구현이 가능한가?",
"설계 요구 사항표에서 저지대역 중심주파수의 설계 요구 사항은 무엇인가?",
"표1의 설계항목 중 저지대역 중심주파수의 설계 요구 사항에 해당하는 값은 얼마인가?",
"삽입손실의 설계 요구 사항은 어떻게 되는가?",
"삽입손실 설계항목의 설계요구사항은 무엇인가?",
"본 논문에서 제안하는 대역통과 필터 설계시 제거 레벨의 설계 요구 사항에서 기준이 되는 주파수는 무엇인가?",
"제거 레벨의 설계 요구 사항에서 기준이 되는 주파수는 무엇인가?",
"통과대역 주파수의 설계 요구 사항 범위는 얼마인가?",
"회로의 주파수응답과 소자들의 기본적인 형태를 결정하기 위하여 어떻게 실험을 진행하는가?",
"저지대역 중심주파수의 설계 요구 사항은 얼마인가?"
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인공물ED
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Zero-skipping을 적용한 MNIST 분류 CNN 구현
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<h1>요 약</h1><p>본 논문에서는 zero-skipping을 적용한 MNIST 분류 CNN을 구현했다. CNN의 activation에서 0이 \( 30 \sim 40 \% \) 나오고, 0 은 MAC연산에 영향을 끼치지 않기 때문에 0을 branch를 통해 skip하게 되면 성능 향상을 시킬 수 있다. 그러나 컨볼루션 레이어에서는 branch를 통해 skip하게 되면 성능 하락이 발생한다. 그에 따라 컨볼루션 레이어에서는 연산의 영향을 미치지 않는 NOP을 주어연산을 skip하고 풀리 커넥티드 레이어에서는 branch를 통해 skip했다. 기존의 CNN보다 약 1.5배의 성능 향상을 확인했다.</p><h1>I. 서론</h1><p>최근 GPU의 활용범위가 확대됨에 따라 그래픽으로 제한되었던 GPU 구조 연구가 이어지고 있다.특히 범용목적으로 GPGPU라는 형태로 발전하였으며, 딥러닝 연구에 많이 활용되고 있다. 그러나 GPU는 IoT 엣지 디바이스, 임베디드, 모바일에서 사용하기에는 소비전력이 높다. NVIDIA의 메인스트림 GPU인 GTX 1060는 120W의 소비전력을 사용한다. 이러한 소비전력은 모바일 환경에서 사용할 수 없다. 그에 따라 임베디드 환경에서 딥러닝을 진행할 수 있도록 연산량과 메모리 사용량을 줄이는 연구가 진행되고 있다.본 논문에서 이전 연구에서 설계한 임베디드 GPGPU를 활용하여 연산량을 줄이는 알고리즘인 zero-skipping을 구현하여 연산량을 줄이는 연구를 진행했다.</p>
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"기존 CNN보다 몇 배의 성능 향상이 됐니?",
"컨볼루션 레이어에서 연산의 영향을 미치지 않는 것은 무엇이니?",
"branch를 통해 skip한 레이어는 뭐야?",
"branch를 통하여 skip을 하게 되면 성능 하락이 발생하는 것은 무엇인가?",
"GPU 구조 연구에서 제한된 영역이었던 것은 뭐였어?",
"컨볼루션 레이어에서 branch를 통해 skip하게 될 때 성능 상승이 발생하니?",
"GPGPU는 특별한 목적을 위한 사용용도로 발전되었니?",
"범용목적으로 개발되어 딥러닝 연구에 활용되고 있는 것은 무엇인가?",
"GPGPU는 머신러닝 연구에 활용되고 있는게 맞니?",
"GPGPU는 어떤 목적으로 발전했니?",
"NVIDIA의 메인스트림은 뭐니?",
"GPU는 모바일에서 사용하기에 정격전력이 높은 게 맞니?",
"GTX 1060를 메인스트림으로 사용하는 것은 뭐야?",
"GTX 1060는 몇 와트의 소비전력을 사용하니?",
"GPU로 사용하기에 소비전력이 높은 기기는 무엇인가?",
"120W의 소비전력을 사용하여 모바일 환경에서 사용할 수 없는 GPU 메인스트림은 무엇인가?",
"GPU를 사용하게 소비전력이 높은 것은 무엇인가?",
"임베디드 GPGPU를 구현하여 연산량을 줄이는 알고리즘은 무엇인가?",
"GTX 1060는 140W의 소비전력을 사용하는 게 맞아?"
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인공물ED
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Zero-skipping을 적용한 MNIST 분류 CNN 구현
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<h1>III. 결론</h1><p>본 논문에서는 CNN의 activation의 30 40\%가 0이라는 것에 기반하여, 0에 대한 연산을 넘기는 zero-skipping CNN을 구현했다. 256개의 스레드를가지는 임베디드 GPGPU를 실험에 사용했다. 기존의 zero-skipping은 activation이 0이라면 가중치읽기, 곱셈, 덧셈 연산을 skiping하는 알고리즘이다. 이러한 알고리즘을 컨볼루션 레이어와 풀리 커넥티드 레이어에 적용했을 때, 컨볼루션 레이어에는 약 \( 18 \% \) 성능 하락이 발생하고 풀리 커넥티드레이어에서는 \( 1.9 \) 배의 성능 향상이 발생한다. 기존의 zero-skipping 알고리즘은 branch 명령어를 통해 0을 skip한다. 그러나 컨볼루션 레이어에는 각스레드에서 divergence가 발생한다. 컨볼루션 레이어에는 기존의 zero-skipping을 적용하지 않고 분기하지 않는 스레드에게 연산에 영향을 미치지 않는NOP 명령어를 주어 성능 하락을 방지했다. 컨볼루션레이어에는 NOP 기반 zero-skipping을 적용하고 풀리커넥티드 레이어에는 branch 기반 zero-skipping을 적용했을 때, 기존의 MNIST 보다 약 \( 1.5 \) 배의 성능 향상을 확인 헸다.</p>
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"논문에서는 0에 대한 연산을 넘기는 어떤 CNN을 구현하였는가?",
"몇 개의 스레드를가지는 임베디드 GPGPU를 실험에 사용하였는가?",
"가중치읽기, 곱셈, 덧셈 연산을 skiping하는 알고리즘인 zero-skipping의 조건은 activation의 값은 0일 경우 인가요?",
"branch 명령어를 통해 zero-skipping 알고리즘은 얼마를 스킵하나요?",
"컨볼루션 레이어와 다르게 zero-skipping을 적용할 때 성능 향상을 보인 레이어는 어떤 레이어인가요?",
"컨볼루션 레이어에 zero-skipping 알고리즘을 사용하면 성능이 얼만큼 하락하게 되나요?",
"divergence가 컨볼루션 레이어에는 각스레드에서 발생하는가?"
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인공물ED
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2차 전자방출 효과를 고려한 기체방전의 과도상태 유한요소해석
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<h2>2.2 절연파괴 인가전 압 결 정</h2> <p>Ritz에 의해 \( 293 \mathrm{~K}, 760\ \mathrm{Torr}\)에서 실험적으로 구해진 절연 파괴 전압 \( V_{s} \) 는 전극 간격 \( d_{s} \) 에 대하여 식<catpion>(6)</caption>과 같다.</p> <p>\[ V_{s}=24.5 d_{s}+6.66 \sqrt{d_{s}} \quad(k V) \]<catpion>(6)</caption></p> <p>\( 1 \mathrm{~cm} \) 이하 간격에서 실험을 통해 측정된 절연파괴 전압과 식<catpion>(6)</caption>에 의해 계산된 절연파괴 전압은 표 1 과 같다. 전극간격 \( d_{s} \) 가 \( 0.1 \mathrm{~cm} \) 인 경우 절연파괴전압 \( V_{s} \) 는 \( 4.56 \mathrm{kV} \) 로 계산되므로 이를 수치해석을 통하여 예측하기 위하여 계산된 절연파괴 전압을 기준으로 \( 0.1 \mathrm{kV} \) 씩 증가시키며 모의시험을 시행하였다. 수치해석 결과는 그림 1 의 전류 파형으로 나타났으며, \( 4.8 \mathrm{kV} \) 에서 첫 번째 스트리머가 발생하였다. 이는 식<catpion>(6)</caption>에 의해 계산된 값과 \( 6 \% \) 오차를 가진다. 전자를 공급하는 주된 반응은 전리과정으로 전계의 세기가 커질수록 활발히 일어난다. 그러므로 본 논문에서는 첫 번째 스트리머 발생시간을 단축시키면서 안정된 스트리머 발생을 위하여 절연파괴 전압보다 \( 20 \% \) 과전압인 \( 5.6 \mathrm{kV} \) 를 인가하여 모의 시험을 시행하였다.</p> <table border><caption>표 1 평등 전계에서의 절연파괴 전압(293 K, 760 Torr)</caption> <tbody><tr><td rowspan=2>전극 간격 (\(\mathrm{cm}\))</td><td colspan=2>절연파괴 전압 (\(\mathrm{kV}\))</td><td rowspan=2>실험에 의해 측정된 절연파괴 전계 (\(\mathrm{kV/cm}\))</td></tr><tr><td>실험값</td><td>계산값</td></tr><tr><td>0.06</td><td>3.13</td><td>3.10</td><td>52.16</td></tr><tr><td>0.07</td><td>3.49</td><td>3.48</td><td>49.86</td></tr><tr><td>0.08</td><td>3.84</td><td>3.85</td><td>48.06</td></tr><tr><td>0.09</td><td>4.18</td><td>4.21</td><td>46.44</td></tr><tr><td>0.10</td><td>4.54</td><td>4.56</td><td>45.40</td></tr><tr><td>0.12</td><td>5.23</td><td>5.26</td><td>43.58</td></tr><tr><td>0.2</td><td>7.90</td><td>7.89</td><td>39.50</td></tr><tr><td>0.4</td><td>14.01</td><td>14.03</td><td>35.03</td></tr><tr><td>0.5</td><td>17.0</td><td>16.98</td><td>34.0</td></tr><tr><td>0.8</td><td>25.7</td><td>25.60</td><td>32.13</td></tr><tr><td>1.0</td><td>31.35</td><td>31.21</td><td>31.35</td></tr></tbody></table>
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"위 논문에서 모의시험은 어떻게 시행하였는가?",
"본 연구에서 안정된 스트리머 발생을 위한 모의 시험 방법은?",
"절연파괴 전압의 실험값과 계산값의 차이가 가장 큰 간격은?",
"Ritz의 절연 파괴 전압 \\( V_{s} \\)은 어떻게 구하는가?",
"수치해석 결과는 어떻게 나왔는가?",
"전극간격이 0.8cm일 때, 실험값과 계산값의 차이는?",
"전자를 공급하는 주된 반응은 어떻게 일어나는가?",
"실험에 의해 측정된 절연파괴 전계가 가장 큰 전극 간격은?",
"평등 전계의 조건은 무엇인가?"
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인공물ED
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초고압 압력센서용 다이어프램 설계 및 PZT 구동 변형시험기를 이용한 성능평가
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<h1>3. PZT를 이용한 압력센서 시험장치</h1><p>압력센서에 많이 사용되는 다이어프렘은 박막보다 훨씬 두꺼운 박판 \( (0.1 \sim 2.0 \mathrm{~mm}) \) 이므로 하중 크기가 박막시험시의 구동기 감당할 수 없을 만큼 커 박판에 맞는 시험장치가 펼요하다. 본 연구에 이를 고려하여 압력센서용 다이어프렘 시험장치를 제작하였다.</p><h2>3.1 압력센서 시험장치의 구성</h2><p>압력센서의 다이어프렘 같은 박판을 미세변형 시키고 변위량과 작용힘을 측정할 수 있는 시험장치의 주요 구성요소는 압력 센서를 고정하는 지그와 압력을 대신해 다이어프램에 힘을 가하는 PZT 구동기, 다이어프램의 변위량을 축정하는 갭 센서, 다이어프램에 가해지는 힘을 실시간 모니터링하는 로드셀이며 이를 바탕으로 설계한 것은 Fig. 5 와 같다.</p><h2>3.2 압력센서 가압모사 설계</h2><p>시험장치 설계에서 가장 중요한 것은 고압 밸브의 압력센서에 압력이 가해지는 헌상을 실험장치에서도 동일하게 모사하는 것이다. 고압 밸브에 사용되는 압력센서는 아래 부분의 좁고 긴 압력 주입구를 통해 수소가 흡입되어 다이어프램의 모든 표면에 압력을 가하게 된다. 이러한 현상을 구현하기 위해 액추에이터의 구동력을 압력센서 내부의 긴 흡입구간을 통과하여 다이어프램에 전달하는 엑추에이터 팁을 설계하였다. 엑추에이터 팁은 PZT에 체결펴며 끝단에는 다이어프램에 구동력이 고루 전달될 수 있도록 탄성력이 있는 팁을 부착하였다. 끝단에 사용되는 팁은 탄성을 가지면서 \( 105 \mathrm{MPa} \) 의 강력한 힘에서도 파손되지 않는 소재인 PEEK를 가공하여 사용하였다. PEEK의 물성치는 Table 3과 같으며 이러한 필요 조건들을 반영하여 설계한 것은 Fig. 6과 같다.</p><p>압력센서 다이어프램에 압력이 가해지는 것을 모사하기 위해 압력을 대신해 힘을 가하는 것은 선행 연구에서 사용한 PI사의 P-844.40을 이용하였다. 해당 모델은 최대 변위량이 \( 60 \mathrm{~mm} \), 최대 작용력이 \( 3000 \mathrm{~N} \) 이고, 강성(stiffness)가 \( 57 \mathrm{~N} / \mathrm{mm} \) 이여서 이론적으로 최대 작용력 \( 1,000 \mathrm{~N} \) 일 때 PZT수축을 고려하면 변형이 적어도 \( 40 \mathrm{~mm} \) 정도 발생할 것으로 예상된다.</p><p>구동기 출력의 신뢰성 확보를 위해 저항변화형 하중센서 (FUTEK, LCM3000)을 사용하여 힘을 축정하였다. Fig. 7의 힘 측정 실험장치와 같이 PZT가 지그에 예압을 \( 3.1 \mathrm{~N} \) 가해지도록 접촉한 뒤 \( 0-100 \mathrm{~V} \) 까지 \( 10 \mathrm{~V} \) 단위로 전압을 인가하여 로드셀으로의 반력을 측정하였다.</p><p>입력전압에 대한 PZT 출력 힘과의 관계를 Fig. 8 과 같이 나타났으며 이를 바탕으로 식 (5)와 같은 관계식을 얻었다.</p><p>\( F=22 V-68 \)</p><caption>(5)</caption><p>본 연구에 요구되는 최대 힙은 약 \( 1669 \mathrm{~N} \) 이며 식 (5)으로부터 실제 입력 전압이 약 \( 70 \mathrm{~V} \) 에 해당한다.</p><h2>3.4 변위량 측정</h2><p>다이어프램 변위량 측정을 위해 선행연구에서는 고속/고정도 CCD 레이저 변위센서를 사용하였다. 이것은 고속 정밀 측정면에서는 유리하지만, 레이저 초점이 다이어프램 중심점에 맞추어 지지 않으면 측정오차가 발생한다. 본 연구에서는 측정 오차를 줄이기 위해 갭 센서를 사용하였다. 적용된 갭 센서는 분해능이 \( 0.04 \mu \mathrm{m} \) 이며, 측정범위는 0-5 mm이어서 압력센서의 변위량 측정에 적합하다.</p><p>갭 센서의 신뢰성 확보를 위해 선행언구에서 변위량 측정을 위해 사용하였던 CCD레이저 변위센서와의 변위량 측정 비교 실험을 실시하였다. 실험은 엑추에이터에 \( 0 \sim 100 \mathrm{~V} \) 의 전압을 \( 10 \mathrm{~V} \) 간격으로 인가하였다. 이는 압력 0 \( 213 \mathrm{MPa} \) 을 압력센서에 가하는 것과 동일하다.</p><p>실험에 사용된 PZT는 PI사의 P-844.40이며 최대 변위량은 \( 60 \mu \mathrm{m} \) 이다. \( 100 \mathrm{~V} \) 에서 최대 변위가 발생하는데 레이저 변위센서에서는 \( 69.78 \mu \mathrm{m} \) 를, 갭 센서에서는 \( 67.2 \mu \mathrm{m} \) 를 나타내었다. Fig. 10 은 압력에 따른 구동기의 변위량을 레이저 센서와 갭 센서에서 측정된 값을 나타낸 것이다.</p><p>갭 센서의 측정값이 레이저 센서에 비해 비교적 작게 측정이 되어 이유를 알아 보기 위해 FEM해석결과에서 측정 반경거리별 변위값(Table 4)을 조사한 결과 변위 측정 구간의 평균 변위값이 센서의 변위값과 동일하였다.</p><p>PZT를 사용하는 압력센서 실험장치(Fig. 5)를 이용하여 측정한 변위값이 실제 압력쳄버(Fig. 11)에서 압력센서에 압력을 가하여 발생하는 변위값이 동일한지 조사하였다.</p><p>그림 5의 시험장치를 이용하여 식 (5)의 입력전압에 따른 힘의 크기를 압력단위로 환산하여 \( 0 \sim 150 \mathrm{MPa} \) 까지 \( 30 \mathrm{MPa} \) 단위로 PZT에 전압을 인가하여 변위값을 측정하였다. 최대 변위는 \( 150 \mathrm{MPa} \) 에서 \( 5.42 \mu \mathrm{m} \) 를 나타내었고, 예압이 \( 3.1 \mathrm{~N} \) 입력이 된 것을 감안하여 데이터를 피팅하여 구한 기울기는 약 \( 0.036 \) 이다.</p><p>Fig. 11의 압력쳄버를 이용하여 동일한 압력센서에 0 \( 90 \mathrm{MPa} \) 까지 \( 30 \mathrm{MPa} \) 단위로 압력을 가하여 다이어프렘의 변위를 측정하였다. 최대 변위는 \( 90 \mathrm{MPa} \) 에서 \( 3.82 \mu \mathrm{m} \) 를 나타내었다. 데이터 피팅을 통한 기울기는 약 \( 0.035 \) 이다.</p><p>두 실험장치의 비교를 위해 Fig. 12 와 같이 실험 데이터를 그래프로 나타내었다.</p>
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"다이어프렘은 무엇에 많이 사용되는가?",
"무엇이 압력센서에 많이 사용되는가?",
"압력센서에 많이 사용되는 다이어프렘은 무엇보다 훨씬 두꺼운 박판인가?",
"본 연구에 어떤 시험장치를 제작했는가?",
"압력센서에 많이 사용되는 다이어프렘은 무엇의 크기가 박막시험시의 구동기 감당할 수 없을 만큼 큰가?",
"무엇의 다이어프렘 같은 박판을 미세변형 시켰는가?",
"압력센서에 많이 사용되는 다이어프렘은 하중 크기가 박막시험시의 구동기 감당할 수 없을 만큼 커 박판에 맞는 무엇이 필요한가?",
"압력센서의 무엇과 같은 박판을 미세변형 시켰는가?",
"압력센서에 많이 사용되는 다이어프렘은 박막보다 훨씬 두꺼운 박판 \\( (0.1 \\sim 2.0 \\mathrm{~mm}) \\) 이므로 하중 크기가 무엇이 감당할 수 없을 만큼 큰가?",
"압력센서의 다이어프렘 같은 박판을 어떻게 했는가?",
"압력 센서를 고정하는 것은 무엇인가?",
"시험장치로 부엇을 측정할 수 있는가?",
"PZT 구동기는 무엇을 대신해 다이어프램에 힘을 가하는가?",
"압력을 대신해 다이어프램에 힘을 가하는 것은 무엇인가?",
"시험장치 설계에서 가장 중요한 것은 고압 밸브의 압력센서에 무엇이 가해지는 현상을 실험장치에서도 동일하게 모사하는 것인가?",
"로드셀은 다이어프램에 가해지는 힘을 어떻게 하는가?",
"지그는 무엇인가?",
"시험장치 설계에서 가장 중요한 것은 고압 밸브의 어디에서 압력이 가해지는 현상을 실험장치에서도 동일하게 모사하는 것인가?",
"시험장치 설계에서 가장 중요한 것은 무엇의 압력센서에 압력이 가해지는 헌상을 실험장치에서도 동일하게 모사하는 것인가?",
"고압 밸브에 사용되는 압력센서는 아래 부분의 좁고 긴 무엇을 통해 수소가 흡입되는가?",
"고압 밸브에 사용되는 센서는 무엇인가?",
"고압 밸브에 사용되는 압력센서는 아래 부분의 좁고 긴 압력 주입구를 통해 수소가 흡입되어 다이어프램의 모든 표면에 무엇을 가하게 되는가?",
"어디에 사용되는 압력센서는 아래 부분의 좁고 긴 압력 주입구를 통해 수소가 흡입되는가?",
"무엇의 구동력을 압력센서 내부의 긴 흡입구간을 통과하여 다이어프램에 전달하는가?",
"시험장치 설계에서 가장 중요한 것은 무엇의 압력센서에 압력이 가해지는 헌상을 실험장치에서도 동일하게 모사하는 것인가?",
"시험장치 설계에서 가장 중요한 것은 고압 밸브의 압력센서에 압력이 가해지는 현상을 어디에서도 동일하게 모사하는 것인가?",
"고압 밸브에 사용되는 압력센서는 아래 부분의 좁고 긴 압력 주입구를 통해 수소가 흡입되어 무엇의 모든 표면에 압력을 가하게 되는가?",
"액추에이터의 구동력을 무엇의 긴 흡입구간을 통과하여 다이어프램에 전달하는가?",
"다이어프램의 변위량을 측정하는 것은 무엇인가?",
"다이어프램에 가해지는 힘을 실시간 모니터링하는 것은 무엇인가?",
"액추에이터의 무엇을 압력센서 내부의 긴 흡입구간을 통과하여 다이어프램에 전달하는가?",
"로드셀은 어디에 가해지는 힘을 실시간 모니터링하는가?",
"액추에이터의 구동력을 압력센서 내부의 긴 흡입구간을 통과하여 다이어프램에 전달하는 것을 무슨 팁이라고 하는가?",
"갭 센서는 무엇을 측정하는가?",
"어디에 구동력이 고루 전달될 수 있도록 탄성력이 있는 팁을 부착했는가?",
"다이어프램에 무엇이 고루 전달될 수 있도록 탄성력이 있는 팁을 부착했는가?",
"다이어프램에 구동력이 고루 전달될 수 있도록 탄성력이 있는 무엇을 부착했는가?",
"어디에 사용되는 팁은 탄성을 가지는가?",
"끝단에 사용되는 팁은 탄성을 가지면서 얼마만큼의 강력한 힘에서도 파손되지 않는가?",
"끝단에 사용되는 팁은 무엇을 가지는가?",
"\\( 105 \\mathrm{MPa} \\) 의 강력한 힘에서도 파손되지 않는 소재는 무엇인가?",
"다이어프램에 구동력이 고루 전달될 수 있도록 무엇이 있는 팁을 부착했는가?",
"무엇이 Table 3과 같은가?",
"압력을 대신해 힘을 가하기 위해 PI사의 무엇을 이용했는가?",
"PI사의 P-844.40은 최대 변위량이 몇인가?",
"PI사의 P-844.40은 최대 작용력이 몇인가?",
"PI사의 P-844.40은 강성이 몇인가?",
"PI사의 P-844.40은 최대 작용력이 몇일 때 PZT수축을 고려하면 변형이 적어도 \\( 40 \\mathrm{~mm} \\) 정도 발생할 것으로 예상되는가?",
"무엇에 압력이 가해지는 것을 모사하기 위해 PI사의 P-844.40을 이용했는가?",
"PI사의 P-844.40은 최대 작용력 \\( 1,000 \\mathrm{~N} \\) 일 때 무엇을 고려하면 변형이 적어도 \\( 40 \\mathrm{~mm} \\) 정도 발생할 것으로 예상되는가?",
"PI사의 P-844.40은 최대 작용력 \\( 1,000 \\mathrm{~N} \\) 일 때 PZT수축을 고려하면 무엇이 적어도 \\( 40 \\mathrm{~mm} \\) 정도 발생할 것으로 예상되는가?",
"구동기 출력의 신뢰성 확보를 위해 무엇을 사용하여 힘을 측정했는가?",
"PZT가 지그에 예압을 \\( 3.1 \\mathrm{~N} \\) 가해지도록 접촉한 뒤 어디서부터 어디까지 \\( 10 \\mathrm{~V} \\) 단위로 전압을 인가했는가?",
"구동기 출력의 신뢰성 확보를 위해 저항변화형 하중센서 (FUTEK, LCM3000)을 사용하여 무엇을 측정했는가?",
"PZT가 지그에 예압을 \\( 3.1 \\mathrm{~N} \\) 가해지도록 접촉한 뒤 \\( 0-100 \\mathrm{~V} \\) 까지 얼마의 단위로 전압을 인가했는가?",
"PZT가 지그에 예압을 \\( 3.1 \\mathrm{~N} \\) 가해지도록 접촉한 뒤 \\( 0-100 \\mathrm{~V} \\) 까지 \\( 10 \\mathrm{~V} \\) 단위로 무엇을 인가했는가?",
"PZT가 지그에 예압을 \\( 3.1 \\mathrm{~N} \\) 가해지도록 접촉한 뒤 \\( 0-100 \\mathrm{~V} \\) 까지 \\( 10 \\mathrm{~V} \\) 단위로 전압을 인가하여 어디로의 반력을 측정했는가?",
"PZT가 지그에 예압을 \\( 3.1 \\mathrm{~N} \\) 가해지도록 접촉한 뒤 \\( 0-100 \\mathrm{~V} \\) 까지 \\( 10 \\mathrm{~V} \\) 단위로 전압을 인가하여 로드셀으로의 무엇을 측정했는가?",
"본 연구에 요구되는 최대 힘은 약 얼마인가?",
"다이어프램 변위량 측정을 위해 선행연구에서는 무슨 센서를 사용했는가?",
"고속/고정도 CCD 레이저 변위센서는 어느 면에서 유리한가?",
"무엇이 다이어프램 중심점에 맞추어 지지 않으면 측정오차가 발생하는가?",
"적용된 갭 센서는 분해능이 \\( 0.04 \\mu \\mathrm{m} \\) 이며, 측정범위는 얼마인가?",
"레이저 초점이 어디에 맞추어 지지 않으면 측정오차가 발생하는가?",
"레이저 초점이 다이어프램 중심점에 맞추어 지지 않으면 무엇이 발생하는가?",
"적용된 갭 센서의 측정범위가 0-5 mm이어서 압력센서의 무엇을 측정하는데 적합한가?",
"무엇의 신뢰성 확보를 위해 선행연구에서 변위량 측정을 위해 사용하였던 CCD레이저 변위센서와의 변위량 측정 비교 실험을 실시했는가?",
"갭 센서의 무엇을 확보하기 위해 선행연구에서 변위량 측정을 위해 사용하였던 CCD레이저 변위센서와의 변위량 측정 비교 실험을 실시했는가?",
"갭 센서의 신뢰성 확보를 위해 어떤 센서와의 변위량 측정 비교 실험을 했는가?",
"갭 센서의 신뢰성 확보를 위해 CCD레이저 변위센서와의 무엇을 비교 실험했는가?",
"실험은 어디에 \\( 0 \\sim 100 \\mathrm{~V} \\) 의 전압을 \\( 10 \\mathrm{~V} \\) 간격으로 인가했는가?",
"PI사의 P-844.40는 무엇인가?",
"실험에 사용된 PZT는 PI사의 P-844.40이며 최대 변위량은 얼마인가?",
"레이저 변위센서의 최대 변위는 얼마인가?",
"몇에서 최대 변위가 발생하는가?",
"\\( 100 \\mathrm{~V} \\) 에서 무엇이 발생하는가?",
"Fig. 10 은 압력에 따른 구동기의 무엇을 레이저 센서와 갭 센서에서 측정된 값을 나타낸 것인가?",
"Fig. 10 은 압력에 따른 구동기의 변위량을 어디에서 측정된 값을 나타낸 것인가?",
"무엇의 측정값이 레이저 센서에 비해 비교적 작게 측정됐는가?",
"갭 센서의 무엇이 레이저 센서에 비해 비교적 작게 측정됐는가?",
"갭 센서의 측정값이 무엇에 비해 비교적 작게 측정됐는가?",
"갭 센서의 측정값이 레이저 센서에 비해 비교적 작게 측정이 되어 이유를 알아 보기 위해 무엇에서 측정 반경거리별 변위값(Table 4)을 조사했는가?",
"갭 센서의 측정값이 레이저 센서에 비해 비교적 작게 측정이 되어 이유를 알아 보기 위해 FEM해석결과에서 무엇을 조사했는가?",
"갭 센서의 측정값이 레이저 센서에 비해 비교적 작게 측정이 되어 이유를 알아 보기 위해 FEM해석결과에서 측정 반경거리별 변위값을 조사 결과 어떤 구간의 평균 변위값이 센서의 변위값과 동일했는가?",
"갭 센서의 측정값이 레이저 센서에 비해 비교적 작게 측정이 되어 이유를 알아 보기 위해 FEM해석결과에서 측정 반경거리별 변위값을 조사한 결과 변위 측정 구간의 평균 변위값이 무엇의 변위값과 동일했는가?",
"갭 센서의 측정값이 레이저 센서에 비해 비교적 작게 측정이 되어 이유를 알아 보기 위해 FEM해석결과에서 측정 반경거리별 변위값을 조사한 결과 변위 측정 구간의 평균 변위값이 센서의 어떤 값과 동일했는가?",
"무엇을 사용하는 압력센서 실험장치를 이용하여 변위값을 측정했는가?",
"어떤 실험장치가 PZT를 사용하는가?",
"PZT를 사용하는 압력센서 실험장치를 이용하여 무엇을 측정했는가?",
"실제 압력쳄버의 어디에 압력을 가하여 변위값을 측정했는가?",
"실제 압력쳄버의 압력센서에 무엇을 가하여 변위값을 측정했는가?",
"실제 압력쳄버의 압력센서에 압력을 가하여 무엇울 측정했는가?",
"그림 5의 무엇을 이용하여 식 (5)의 입력전압에 따른 힘의 크기를 압력단위로 환산했는가?",
"그림 5의 시험장치를 이용하여 식 (5)의 무엇에 따른 힘의 크기를 압력단위로 환산했는가?",
"그림 5의 시험장치를 이용하여 식 (5)의 입력전압에 따른 무엇의 크기를 압력단위로 환산했는가?",
"그림 5의 시험장치를 이용하여 식 (5)의 입력전압에 따른 힘의 크기를 압력단위로 환산하여 몇부터 몇까지 \\( 30 \\mathrm{MPa} \\) 단위로 PZT에 전압을 인가했는가?",
"그림 5의 시험장치를 이용하여 식 (5)의 입력전압에 따른 힘의 크기를 압력단위로 환산하여 \\( 0 \\sim 150 \\mathrm{MPa} \\) 까지 얼마의 단위로 PZT에 전압을 인가하여 변위값을 측정했는가?",
"그림 5의 시험장치를 이용하여 식 (5)의 입력전압에 따른 힘의 크기를 압력단위로 환산하여 \\( 0 \\sim 150 \\mathrm{MPa} \\) 까지 \\( 30 \\mathrm{MPa} \\) 단위로 어디에 전압을 인가했는가?",
"그림 5의 시험장치를 이용하여 식 (5)의 입력전압에 따른 힘의 크기를 압력단위로 환산하여 \\( 0 \\sim 150 \\mathrm{MPa} \\) 까지 \\( 30 \\mathrm{MPa} \\) 단위로 PZT에 무엇을 인가했는가?",
"그림 5의 시험장치를 이용하여 식 (5)의 입력전압에 따른 힘의 크기를 압력단위로 환산하여 \\( 0 \\sim 150 \\mathrm{MPa} \\) 까지 \\( 30 \\mathrm{MPa} \\) 단위로 PZT에 전압을 인가하여 무엇을 측정했는가?",
"최대 변위는 얼마에서 \\( 5.42 \\mu \\mathrm{m} \\) 를 나타냈는가?",
"최대 변위는 \\( 150 \\mathrm{MPa} \\) 에서 얼마를 나타냈는가?",
"예압이 얼마로 입력이 된 것을 감안하여 데이터를 피팅했는가?",
"무엇이 \\( 3.1 \\mathrm{~N} \\) 입력이 된 것을 감안하여 데이터를 피팅했는가?",
"예압이 \\( 3.1 \\mathrm{~N} \\) 입력이 된 것을 감안하여 무엇을 피팅했는가?",
"예압이 \\( 3.1 \\mathrm{~N} \\) 입력이 된 것을 감안하여 데이터를 피팅하여 무엇을 구했나?",
"예압이 \\( 3.1 \\mathrm{~N} \\) 입력이 된 것을 감안하여 데이터를 피팅하여 구한 기울기는 약 얼마인가?",
"무엇을 이용하여 동일한 압력센서에 0 \\( 90 \\mathrm{MPa} \\) 까지 \\( 30 \\mathrm{MPa} \\) 단위로 압력을 가하여 다이어프렘의 변위를 측정했는가?",
"압력쳄버를 이용하여 동일한 어떤 센서에 0 \\( 90 \\mathrm{MPa} \\) 까지 \\( 30 \\mathrm{MPa} \\) 단위로 압력을 가했는가?",
"Fig. 11의 압력쳄버를 이용하여 동일한 압력센서에 0 \\( 90 \\mathrm{MPa} \\) 까지 얼마의 단위로 압력을 가했는가?",
"압력쳄버를 이용하여 동일한 압력센서에 0 \\( 90 \\mathrm{MPa} \\) 까지 \\( 30 \\mathrm{MPa} \\) 단위로 무엇을 가했는가?",
"압력쳄버를 이용하여 동일한 압력센서에 0 \\( 90 \\mathrm{MPa} \\) 까지 \\( 30 \\mathrm{MPa} \\) 단위로 압력을 가하여 무엇을 측정했는가?",
"무엇의 값이 \\( 90 \\mathrm{MPa} \\) 에서 \\( 3.82 \\mu \\mathrm{m} \\) 를 나타내었는가?",
"최대 변위는 몇에서 \\( 3.82 \\mu \\mathrm{m} \\) 를 나타냈는가?",
"최대 변위는 \\( 90 \\mathrm{MPa} \\) 에서 얼마를 나타내었는가?",
"무엇을 통한 기울기는 약 \\( 0.035 \\) 인가?",
"데이터 피팅을 통한 무엇이 약 \\( 0.035 \\) 인가?",
"데이터 피팅을 통한 기울기는 약 얼마인가?",
"무엇의 비교를 위해 Fig. 12 와 같이 실험 데이터를 그래프로 나타냈는가?",
"두 실험장치의 비교를 위해 무엇을 그래프로 나타내었는가?",
"두 실험장치의 비교를 위해 실험 데이터를 무엇으로 나타냈는가?",
"무엇의 신뢰성 확보를 위해 저항변화형 하중센서 (FUTEK, LCM3000)을 사용하여 힘을 측정했는가?",
"PI사의 P-844.40은 최대 작용력 \\( 1,000 \\mathrm{~N} \\) 일 때 PZT수축을 고려하면 변형이 적어도 몇 정도 발생할 것으로 예상되는가?",
"구동기 출력의 무엇을 확보하기 위해 저항변화형 하중센서 (FUTEK, LCM3000)을 사용했는가?",
"무엇을 측정하기 위해 선행연구에서는 고속/고정도 CCD 레이저 변위센서를 사용했는가?",
"본 연구에서는 무엇을 줄이기 위해 갭 센서를 사용했는가?",
"본 연구에서는 측정 오차를 줄이기 위해 무엇을 사용했는가?",
"갭 센서의 분해능은 몇인가?",
"적용된 갭 센서의 측정범위가 0-5 mm이어서 무엇의 변위량 측정에 적합한가?",
"실험은 엑추에이터에 얼마의 전압을 \\( 10 \\mathrm{~V} \\) 간격으로 인가했는가?",
"실험은 엑추에이터에 \\( 0 \\sim 100 \\mathrm{~V} \\) 의 전압을 얼마의 간격으로 인가했는가?",
"실험은 엑추에이터에 \\( 0 \\sim 100 \\mathrm{~V} \\) 의 전압을 \\( 10 \\mathrm{~V} \\) 간격으로 인가했는데 이는 압력 0 \\( 213 \\mathrm{MPa} \\) 을 어디에 가하는 것과 동일한가?",
"실험에 사용된 PZT는 PI사의 무엇인가?",
"Fig. 10 은 무엇에 따른 구동기의 변위량을 레이저 센서와 갭 센서에서 측정된 값을 나타낸 것인가?",
"PZT를 사용하는 압력센서 실험장치를 이용하여 측정한 변위값이 어디에서 압력센서에 압력을 가하여 발생하는 변위값과 동일한지 조사했는가?",
"갭 센서의 측정값이 레이저 센서에 비해 비교적 작게 측정이 되어 이유를 알아 보기 위해 FEM해석결과에서 측정 반경거리별 변위값을 조사한 결과 변위 측정 구간의 어떤 값이 센서의 변위값과 동일했는가?",
"갭 센서에서의 최대 변위는 얼마인가?",
"그림 5의 시험장치를 이용하여 식 (5)의 입력전압에 따른 힘의 크기를 무엇으로 환산했는가?",
"Fig. 10 은 압력에 따른 무엇의 변위량을 레이저 센서와 갭 센서에서 측정된 값을 나타낸 것인가?",
"다이어프렘은 두께가 두꺼워 박막시험 시 구동기가 박판의 크기를 감당하기 어려워 알맞은 시험장치가 필요한가?",
"다이어프렘은 박막보다 두께가 얇은가?",
"다이어프렘의 두께는 \\( 0.1 \\sim 2.0 \\mathrm{~mm} \\) 정도 되는가?",
"지그와 PZT 구동기, 갭 센서, 로드셀은 압력센서 시험장치의 주된 구성요소인가?",
"압력을 대신해 다이어프램에 힘을 가하는 요소를 압력 센서라고 하는가?",
"압력센서의 다이어프렘 같은 박판을 미세변형 시키고 변위량과 작용힘을 측정할 수 있는 시험장치의 주요 구성요소는 다이어프램의 변위량을 축정하는 PZT 구동기가 사용되는가?",
"고압 밸브의 압력센서에 압력이 가해지는 헌상을 실험장치에서도 동일하게 모사하는 것은 시험장치 설계에서 중요하지 않은가?",
"고압 밸브의 압력센서에 압력이 가해지는 헌상을 실험장치에서도 동일하게 모사하는 것은 시험장치 설계에서 중요한가?",
"엑추에이터 팁의 끝단에 사용되는 팁은 \\( 105 \\mathrm{MPa} \\) 의 힘을 가하면 손상되는가?",
"압력센서는 고압 밸브에서 사용되는가?",
"엑추에이터의 끝단에 쓰이는 팁은 되돌아가려는 성질을 가지고 있는가?",
"Fig. 5의 압력 감지기 실험장치는 PZT를 이용한 것인가?",
"PZT를 이용해 변위값을 측정하기 위해 압력전압에 따른 힘의 크기를 압력단위로 바꿨는가?",
"PZT를 이용해 측정한 변위값이 실제 압력쳄버에서 측정된 변위값과 비슷하게 측정되었나?",
"레이저 감지기와 갭 감지기를 통해 계산된 압력에 따른 구동기의 변위량은 Fig. 10에서 확인할 수 있는가?",
"박판을 미세변형 시키고 변위량과 작용힘을 측정할 수 있는 시험장치는 압력센서의 다이어프렘과 같은가?",
"PEEK 소재는 \\( 105 \\mathrm{MPa} \\) 의 강력한 힘에서도 파손되지 않는가?",
"압력센서에서 산소를 흡수해 다이어프램의 전체 표면에 압력을 주는가?",
"다이어프램에 가해지는 힘을 실시간으로 추적하는 것은 갭 센서인가?",
"\\( 100 \\mathrm{~V} \\) 에서 최대 변위가 발생하는데 갭 센서에서는 \\( 67.2 \\mu \\mathrm{m} \\) 를 나타내었나요?",
"박판에 맞는 시험장치가 있어야 PZT를 이용해 다이어프램 변위량을 측정할 수 있는가?",
"PZT 구동기는 압력 센서를 고정하는 지그와 압력을 대신해 쓸 수 있는가?",
"로드셀은 다이어프램에 가해지는 힘을 실시간으로 감시하는데 쓰이는가?",
"P-844.40의 stiffness는 \\( 57 \\mathrm{~N} / \\mathrm{mm} \\)인가?",
"선행 연구에 이용된 P-844.40의 최대 변위량은 \\( 3000 \\mathrm{~N} \\)이고 최대 작용력은 \\( 60 \\mathrm{~mm} \\)인가?",
"CCD 레이저 변위 센서를 사용해 압력이 압력센서 다이어프램에 가해지는 것을 모사했는가?",
"압력 대신 힘을 가하기 위해 P-844.40을 이용해 실험을 진행했는가?",
"PI사의 PZT를 이용해 다이어프램에 직접 압력을 가했는가?",
"P-844.40의 수축 값을 고려해 압력센서 가압모사를 설계했는가?",
"LCM3000은 다이어프램 변위량 측정에 직접적으로 이용되었는가?",
"PEEK를 가공하여 만든 소재는 \\( 105 \\mathrm{MPa} \\) 의 힘을 가하면 파손되는가?",
"끝단에 부착된 엑추에이터 팁은 탄성이 있는가?",
"다이어프램에 구동력을 전달하기 위해 탄성력이 있는 엑추에이터 팁을 사용했는가?",
"Table 3의 물성치와 PEEK의 물성치는 일치하는가?",
"본 실험에서는 다이어프램의 표면에 전체적으로 압력을 가할 수 있는 엑추에이터 팁을 만들었는가?",
"실제 현상을 실험장치에서 구현할 수 있는지가 압력센서 가압모사 설계에서 가장 중요한가?",
"고압 밸브의 압력 주입구는 아래 쪽이 좁고 길이가 긴가?",
"로드셀로 다이어프램에 가해지는 힘을 실시간으로 감시하는 게 가능한가?",
"로드셀을 바탕으로 PZT를 사용하는 압력센서 실험장치를 설계했는가?",
"PZT 구동기, 갭 센서, 로드셀은 다이어프램의 변위량과 작용힘을 측정할 수 있는 주요 구성요소인가?",
"PZT 구동기는 보조용 기구와 압력 대신 다이어프램에 힘을 가하는데 이용되는가?",
"하중의 크기가 너무 크면 구동기가 제어할 수 없는가?",
"갭 센서를 이용해 다이어프램의 변위량을 계측할 수 있는가?",
"본 논문에서 설계된 엑추에이터 팁은 액추에이터 압력센서 안의 길다란 흡입구간을 통해 다이어프램에 구동력을 전송하는가?",
"압력센서는 고압 밸브에 사용되는 압력 주입구를 통해 산소가 흡입되어 다이어프램 표면에 전체적으로 압력을 가하는가?",
"갭 센서는 압력센서의 박판을 미세하게 변형시키는데 일조하는 요소에 해당하는가?",
"CCD레이저 변위센서는 선행연구에서 갭 센서의 신뢰성을 확보하기 위해 변위량 측정에 사용되었는가?",
"압력센서 가압모사 설계 연구에 필요한 최대 PZT 출력 힘은 약 \\( 1669 \\mathrm{~N} \\)인가?",
"PZT에 전압을 인가해서 구한 최대 변위에서 구한 기울기의 값은 약 0.035인가?",
"Fig. 5의 실험장치를 통해 변위값을 측정한 결과, 실제 압력쳄버와 압력센서의 기울기 값은 거의 동일했는가?",
"Fig. 11의 압력쳄버를 사용해 데이터 피팅을 한 결과 기울기가 약 \\( 0.035 \\)로 측정되었는가?",
"CCD레이저 변위센서와의 변위량 측정 비교 실험은 엑추에이터의 전압을 \\( 10 \\mathrm{~V} \\) 간격으로 인가했는데 이는 \\( 0 \\sim 213 \\mathrm{MPa} \\)의 압력을 앙ㅂ력 센서에 주는 것과 같은가?",
"본 연구에서는 박판의 두께를 고려해 압력센서 시험장치를 만들었는가?",
"PZT수축을 고려해 이론적 최대 작용력을 \\( 1,000 \\mathrm{~N} \\)으로 설정했 때 변형이 일어날 것으로 예측되는가?",
"변위 측정 구간의 평균 변위값과 센서 변위 값은 FEM해석결과 동일하게 나타났는가?",
"레이저 센서의 측정값은 갭 센서보다 크게 측정되었는가?",
"PZT에 전압을 인가해 약 70V의 실제 입력 전압을 구하고 그 힘의 크기를 압력단위로 환산해 변위값을 구했는가?",
"FUTEK사의 LCM3000을 이용하여 힘을 측정했는가?",
"압력쳄버를 이용해 구한 다이어프렘의 최대 변위는 \\( 3.82 \\mu \\mathrm{m} \\) 를 나타냈는데 이는 최대 변위는 \\( 90 \\mathrm{MPa} \\) 에서 구한 값인가?",
"측정범위가 \\( 3 \\mathrm{mm} \\)인 갭 센서는 변위량을 측정하기에 적합한가?",
"Fig. 5의 실험장치에는 예압이 \\( 3.1 \\mathrm{~N} \\)로 설정되어 있는가?",
"IP사의 P-844.44는 다이어프램 변위량 측정 실험에 쓰인 PZT인가?",
"선행연구에서 갭 센서를 이용해 다이어프램 변위량을 측정했는가?",
"레이저 변위감지기는 100V에서 최소 변위가 생기는가?",
"센서의 변위값과 측정구간의 평균 변위값이 일치하지 않아야 갭 센서의 측정값이 레이저 감지기에 비해 작게 관측된 이유를 확인할 수 있는가?",
"압력쳄버를 사용해 동일한 압력센서에 \\( 0 \\sim 150 \\mathrm{MPa} \\) 까지 \\( 30 \\mathrm{MPa} \\) 단위로 압력을 주어 다이어프램의 변위를 관측했는가?",
"본 실험에서 사용한 하중센서의 모델명은 FUTEK, LCM3000인가?",
"저속/고정도 CCD 레이저 변위감지기를 사용하는 것은 고속 정밀도를 측정할 때 유용한가?",
"CCD레이저 변위센서를 사용하면 측정 오차를 감소시킬 수 있는가?",
"고속/고정도 CCD 레이저 변위 감지기는 다이어프램의 변위량을 측정에 사용 가능한가?",
"갭 센서는 100V에서 최대 변위가 \\( 69.78 \\mu \\mathrm{m} \\)임을 확인할 수 있는가?",
"엑추에이터에 \\( 1 \\mathrm{~V} \\) 간격으로 전압을 인가했는가?",
"다이어프램 변위량을 측정할 때 다이어프램 중심점에 레이저 초점이 맞춰져 있지 않으면 측정오차가 생기는가?",
"측정 반경거리별 변위값을 확인하면 갭 센서의 측정값이 레이저 센서에 비해 상대적으로 작게 측정된 이유를 알 수 있는가?",
"갭 센서와 레이저 센서에서 구동기의 변위량을 압력에 따라 표현한 측정값을 Fig. 10에서 확인할 수 있는가?",
"\\( 0.04 \\mu \\mathrm{m} \\)의 분해능이 CCD레이저 변위센서에서 측정되었는가?",
"PZT를 이용해 변위값을 측정하는 압력센서 실험장치를 통해 최소 변위 \\( 150 \\mathrm{MPa} \\)에서 \\( 5.42 \\mu \\mathrm{m} \\) 의 값을 확인할 수 있었는가?",
"압력쳄버와 PZT를 이용한 실험장비의 데이터 Fig. 12에서 그래프로 표현되어 있는가?",
"약 \\( 0.035 \\)은 데이터 피팅을 통해 구한 변위값을 의미하는가?"
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인공물ED
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초고압 압력센서용 다이어프램 설계 및 PZT 구동 변형시험기를 이용한 성능평가
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<h1>5. 결론</h1><p>본 연구에서는 초고압 환경에서도 압력센서가 선형적 정밀 측정이 가능하도록 센서의 측정부인 다이어프램의 최적 형상과 두께를 설계하고 압력센서의 성능 시험을 용이하게 하기 위해 압력챔버가 아닌 PZT를 이용한 시험장치를 이용하여 성능 시험을 하였다.</p><p>다이어프램의 최적 형상 설계에서 두 개의 다이어프램 형상인 notch type과 flat type을 설게하여 압력에 따른 항복유무와 측정성능을 판단하기 위해 FEM 해석을 실시하여 두께와 형상에 따른 최대 응력 및 변위량을 파악하였다. Notch type은 Notch 두께가 \( 0.1 \mathrm{~mm} \) 일 때 Flat type에 비해 비교적 높은 변위량이 발생하였으나 시험의 모든 두께에서 항복이 발생하여 압력센서에 사용이 불가하다. Flat type은 비교적 적은 양의 변위량을 보였으나 두께가 \( 1.4 \mathrm{~mm} \) 일 때를 제외하고는 모든 압력구간에서 항복이 발생하지 않아 초고압 압력센서에 적합하다.</p><p>변위센서 성능비교 시험에서 갭 센서가 레이저 센서에 비해 비교적 적은 양의 측정값을 나타내었다. 이것은 센서의 측정방식의 차이로 인한 값의 차이여서 압력센서의 성능 시험에 측정이 용이한 갭 센서를 사용할 수 있다.</p><p>PZT압력센서 성능 시험장치를 이용한 압력센서의 성능시험은 압력 챔버를 이용한 시험 데이터와 FEM해석을 통한 시험 값이 모두 동일한 결과값을 보여 주어 압력 챔버없이도 압력센서의 성능시험이 가능하다.</p><p>차후 연구에서는 PZT압력센서 성능시험장치와 고압챔버를 이용한 병행 실험으로 고압력센서에 널리 쓰이고 있는 SUS600계열과 현재 수소 충/방전 부품에 사용되고 있는 SUS316L의 성능비교시험을 실시하여 수소자동차의 충.방전 부품의 압력센서에 새로운 재료 적용가능 유무를 연구하는 것에 적용할 것이다.</p>
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"초고압 환경에서도 압력센서가 선형적 정밀 측정이 가능하기 위해서는 어떻게 설계해야 하는가?",
"압력센서의 성능 시험을 용이하게 하기 위해서는 어떤 것을 이용한 시험장치를 이용해야 하는가?",
"다이어프램의 최적 형상 설계에서 두 개의 다이어프램 형상인 무엇과 무엇을 설계하였는가?",
"압력에 따른 항복유무와 측정성능을 판단하기 위해 FEM 해석을 실시하여 무엇을 파악하였는가?",
"Notch type은 Notch 두께가 몇 mm 이상일 때 Flat type에 비해 비교적 높은 변위량이 발생하는가?",
"Notch type은 Notch 두께가 \\( 0.1 \\mathrm{~mm} \\) 일 때 어떤 타입에 비해 비교적 높은 변위량이 발생하는가?",
"Notch type은 모든 두께에서 무엇이 발생하여 압력센서에 사용이 불가한가?",
"Notch type은 모든 두께에서 항복이 발생하여 무엇에 사용이 불가한가?",
"어떤 타입이 비교적 적은 양의 변위량을 보였으나 두께가 \\( 1.4 \\mathrm{~mm} \\) 일 때를 제외하고는 모든 압력구간에서 항복이 발생하지 않아 초고압 압력센서에 적합한가?",
"Flat type은 두께가 몇 mm일 때를 제외하고는 모든 압력구간에서 항복이 발생하지 않는가?",
"Flat type은 무엇이 \\( 1.4 \\mathrm{~mm} \\) 일 때를 제외하고는 모든 압력구간에서 항복이 발생하지 않는가?",
"변위센서 성능비교 시험에서 갭 센서가 어떤 센서에 비해 비교적 적은 양의 측정값을 나타내었는가?",
"변위센서 성능비교 시험에서 어떤 센서가 레이저 센서에 비해 비교적 적은 양의 측정값을 나타내었는가?",
"어느 시험에서 갭 센서가 레이저 센서에 비해 비교적 적은 양의 측정값을 나타내었는가?",
"변위센서 성능비교 시험에서 갭 센서가 레이저 센서에 비해 어떤 양의 측정값을 나타내었는가?",
"Flat type은 비교적 적은 양의 변위량을 보였으나 두께가 \\( 1.4 \\mathrm{~mm} \\) 일 때를 제외하고는 모든 압력구간에서 항복이 발생하지 않아 무엇에 적합한가?",
"어떤 시험장치를 이용한 압력센서의 성능시험은 압력 챔버를 이용한 시험 데이터와 FEM해석을 통한 시험 값이 모두 동일한 결과값을 보여 주어 압력 챔버없이도 압력센서의 성능시험이 가능한가?",
"현재 수소 충/방전 부품에 사용되고 있는 것은 무엇인가?",
"PZT압력센서 성능 시험장치를 이용한 압력센서의 성능시험은 압력 챔버를 이용한 시험 데이터와 FEM해석을 통한 시험 값이 모두 동일한 결과값을 보여 주어 압력 챔버없이도 어떤 시험이 가능한가?",
"PZT압력센서 성능 시험장치를 이용한 압력센서의 성능시험은 압력 챔버를 이용한 시험 데이터와 FEM해석을 통한 시험 값이 어떤 결과값을 보여 주어 압력 챔버없이도 압력센서의 성능시험이 가능한가?",
"고압력센서에 널리 쓰이고 있는 것은 무엇인가?",
"압력센서의 성능 시험에 측정이 용이한 센서는 어떤 센서인가?",
"PZT압력센서 성능 시험장치를 이용한 압력센서의 성능시험은 압력 챔버를 이용한 시험 데이터와 어떤 시험 값이 모두 동일한 결과값을 보여 주어 압력 챔버없이도 압력센서의 성능시험이 가능한가?",
"PZT압력센서 성능 시험장치를 이용한 압력센서의 성능시험은 압력 챔버를 이용한 시험 데이터와 FEM해석을 통한 시험 값이 모두 동일한 결과값을 보여 주어 무엇 없이도 압력센서의 성능시험이 가능한가?",
"PZT압력센서 성능시험장치와 고압챔버를 이용한 병행 실험으로 성능비교시험을 실시하여 어떤 자동차의 충.방전 부품의 압력센서에 새로운 재료 적용가능 유무를 연구할 수 있는가?",
"변위센서 성능비교 시험에서의 갭 센서와 레이저 센서의 값 차이는 센서의 어떤 방식의 차이인가?",
"압력에 따른 항복유무와 측정성능을 판단하기 위해 어떤 해석을 실시하였는가?",
"PZT압력센서 성능 시험장치를 이용한 압력센서의 성능시험은 어떤 데이터와 FEM해석을 통한 시험 값이 모두 동일한 결과값을 보여 주어 압력 챔버없이도 압력센서의 성능시험이 가능한가?",
"Notch type은 Notch 두께가 \\( 0.1 \\mathrm{~mm} \\) 일 때 Flat type에 비해 비교적 낮은 변위량이 발생하는가?",
"Notch type은 모든 두께에서 항복이 발생하여 압력센서에 사용이 가능한가?",
"갭 센서는 압력센서의 성능 시험에 측정이 용이한가?",
"갭 센서가 레이저 센서에 비해 변위센서 성능비교 시험에서 상대적으로 많은 양의 측정값을 나타내었는가?",
"갭 센서가 레이저 센서에 비해 변위센서 성능비교 시험에서 상대적으로 많은 양의 측정값을 나타내는게 맞아?",
"Flat type은 두께가 \\( 3.4 \\mathrm{~mm} \\)일 때만 항복이 발생하는가?",
"Flat type은 두께가 \\( 3.4 \\mathrm{~mm} \\)일 때만 항복이 발생하는게 맞아?",
"Flat type은 초저압 압력센서에 적합한 타입인가?",
"Flat type은 초저압 압력센서에 적합한 타입인게 맞아?",
"PZT압력센서 성능시험은 시험 데이터가 모두 상이한 결과값을 보여 주어 압력 챔버 없이 압력센서의 성능시험이 가능한가?",
"PZT압력센서 성능시험은 시험 데이터가 모두 상이한 결과값을 보여 주어 압력 챔버 없이 압력센서의 성능시험이 가능한게 맞아?"
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인공물ED
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초고압 압력센서용 다이어프램 설계 및 PZT 구동 변형시험기를 이용한 성능평가
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<h1>1. 서 론</h1><p>게측기술은 과학 분야에서는 정확한 정보를 측정하며, 공학 분야에서는 시스템을 효과적으로 운영하고 제어하기 위한 핵심기술이다. 이러한 계측기술은 최근 우리 생활에 널리 이용되는 정보화 기술과 결합되어 일상생활의 안전과 편의를 증진 시킬 수 있는 핵심기술로 발전되고 있다. 게측기술은 이를 담당하는 센서 기술발전에 크게 의존하고 있으며, 압력의 계측은 이런 관련 기술의 주요 관심 분야 중 하나이다. 압력은 유량 및 온도 등과 더불어 유체를 게측하고 제어하는 분야의 대표직인 기본 물리량이므로 유체와 관련된 많은 기술에 핵심적인 계측 정보이다. 압력센서는 높은 신뢰성과 동작의 안정성, 고정밀도, 저럼한 가격 및 재현성이 필수적으로 요구된다 특히 최근에는 고온, 고압 등의 열악한 환경에서도 사용할 수 있는 소형, 경량의 압력 및 하중센서가 요구되고 있다. 산업체의 각 공정 제어 등에서 사용되는 압력센서는 그 종류가 많고 사용하는 목적과 장소에 따라서 여러가지로 선택할 수 있다. 그 중 압력 변위 변환소자로 다이어프램이 사용되는 것도 있다. 다이어프램은 압력 변위 또는 힘의 변환 효율은 높지 않으나 다른 감압 소자에 비해 극히 단순한 형상을 하고 있으므로 가장 많이 사용되고 있다. 차세대 친환경 운송 수단으로 각광 반고 있는 수소연료 전지차의 압력센서는 고압으로 수소가스를 충전 및 방전하기 때문에 안정성 확보 및 관리를 위해 초고압에서도 정밀한 측정이 가능해야 한다. 압력센서의 성능시험은 압력쳄버를 이용한 시험방법에 의존하였다. 압력쳄버는 주펌프와 중앙펌프로 이루어져 있어 공간을 많이 차지하고 누기가 생기는 경우도 있어 유지보수에 어려움이 있다.</p><p>PZT 구동기를 이용한 압력센서 성능 실헙 장치는 PZT 구동기, 변위측정부, 압력센서 고정 지그, 힙 측정부 등이 주요 요소로 구성되고, 이들은 시험대상과 범위에 따라 적절히 선택되고 설계되어야 한다. 본 연구에서는 초고압에서도 선형적으로 정밀하게 측정할 수 있는 압력센서의 다이어프램을 설계하고 이를 성능 시험하기 위해 압력챔버를 사용하지 않고 정밀한 시험이 가능한 PZT 구동기를 적용한 압력센서 성능 시험 장치를 이용하여 압력센서 성능평가를 하려고 한다.</p>
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"과학 분야에서 정확한 정보를 재며 공학 분야에서는 시스템을 효과적으로 운영하고 제어하기 위한 핵심 기술이라 불리는 기술은 무엇이야?",
"다이어프램이 많이 활용되어지는 이유는 뭘까?",
"계측 기술이란 무슨 기술을 의미하는가?",
"계측 기술은 시스템 기술과 합쳐져서 일상의 편의를 증진할 수 있는 핵심 기술로 발전되고 있나?",
"계측 기술은 어떤 기술과 합쳐져서 최근 우리 생활에 널리 활용되는 핵심기술로 발전되고 있나?",
"계측기술은 어떤 기술의 발전에 의존성이 커?",
"유체를 측량하고 제어하는 분야의 대표적 기초 물리량은 무엇이야?",
"어떤 센서가 높은 신뢰성과 동작의 안정성, 낮은 가격 및 재현성이 필수 불가결한가?",
"일반가정에서 쓰는 압력센서의 경우 그 종류가 많고 사용하는 목적과 장소에 따라서 여러가지로 선택 가능해?",
"전기 자동차가 차세대 친환경 운송 수단으로 많은 관심을 받고있지?",
"주 펌프와 중앙 펌프로 구성된 쳄버는 무엇일까?",
"본문에서 주 펌프와 중앙 펌프로 구성되어진 쳄버는 무슨 쳄버야?",
"PZT 구동기, 변위측정부, 압력센서 고정 지그, 힙 측정부 등으로 이루어진 실험 장치는 무엇이야?",
"온도센서 성능 실험 장치는 PZT 구동기, 변위측정부, 압등이 주요 요소로 이루어지지?",
"계측 기술은 어떤 기술과 합하여서 일상의 안전을 증진 시킬 수 있는 핵심 기술로 발달되고 있나?",
"계측 기술과 연관된 기술의 주요 관심 분야 중의 하나는 무엇일까?",
"유체를 측정하고 제어하는 영역의 대표적인 기본 물리량은 전압이야?",
"어떤 분야에서 활용되는 압력 센서가 종류가 다양하고 사용 목적과 장소에 따라서 다양하게 선택할 수 있을까?",
"압력 변위나 힘의 변환 효율은 그다지 높지는 않지만 다른 감압 소자에 비하여서 대단히 단순한 형상을 하고 있어 가장 많이 이용되는 것은 뭐야?",
"다이어프램이 많이 쓰이는 이유는 압력 변위 또는 힘의 변환 효율이 높아 다른 감압 소자에 비해 극히 단순한 형상을 하고 있기 때문일까?",
"어떤 자동차가 차세대 친환경 운송 수단으로 주목을 받고있어?",
"고압 쳄버는 주 펌프와 중앙 펌프로 이루어져 있지?",
"압력쳄버는 주 회로를 구성하고 있는거지?",
"압력 쳄버의 유지 보수가 쉽지 않은 요인은 무엇이야?",
"무엇을 이용한 시험 방법에 의지해 압력 센서의 성능 시험이 시행되니?",
"압력 쳄버는 뭘로 구성되어 있어?",
"하중 센서를 통한 시험 방법에 의존함으로 압력 센서의 성능 시험이 이루어지니?",
"PZT 구동기를 적용한 압력센서 성능 시험 장치를 통해 압력센서 성능 평가를 진행하는 이유는 뭐야?",
"계측 기술은 시스템 기술의 발전에 의존하고 있나?",
"과학 영역에서는 정확한 정보를 측정하고 공학 영역에서는 시스템을 두드러지게 운영하고 제어하기 위한 핵심 기술에 해당하는 기술은 무엇일까?"
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인공물ED
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초고압 압력센서용 다이어프램 설계 및 PZT 구동 변형시험기를 이용한 성능평가
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<h1>2. 압력센서 다이어프램 설계 및 변형량 FEM 해석</h1><h2>2.1 다이어프램부 설계</h2><p>다이어프램형 압력센서에서 고압으로 인한 다이어프램 변위를 용이하게 측정하기 위해서는 높은 변위량이 요구되고 이를 위해 최적의 형상과 두께의 설계가 필요하다.</p><p>사용하고자하는 목적에 따라 다이어프램의 형상을 크게 두가지로 분류할 수 있다. 다이어프램의 양 끝단에 노치(Notch)를 두어 변위가 선형적으로 발생하는 Notch type 다이어프램과 압력에 따라 다이어프램 반경 방향으로 비선형적으로 변형하는 Flat type 다이어프램이다. 본 성능시험에 필요한 다이어프램은 수소 충/방전 부품에 최대 \( 105 \mathrm{MPa} \) 까지 측정이 가능하여야 한다. 아래는 각각의 다이어프램 형상에 따른 설계 변수와 변형량, 응력을 수식화하여 나타낸 설계 이론이다.</p><h3>2.1.1 Notch type 다이어프램</h3><p>다이어프램에서 발생벼는 변위를 센서에서 측정이 용이하도록 그림1(a) 처럼 다이어프렘 가장자리에 노치부를 두고 노치 이외의 중앙부의 변형이 일정하도록 한 형태이다.</p><p>압력 \( \mathrm{P} \) 에 의한 다이어프램 변위와 응력은 그림 1(b)처럼 나타낼 수 있고, 식(1), (2)와 같이 표현된다.</p><p>\( y=A_{p}\left(\frac{p a^{4}}{E h^{3}}\right) \)<caption>(1)</caption></p><p>\( A_{p}=\frac{3\left(1-\mu^{2}\right)}{16}\left(1-\frac{b^{4}}{a^{4}}-4 \frac{b^{2}}{a^{2}} \log \frac{a}{b}\right) \)<caption>(2)</caption></p><p>여기서 \( \mathrm{y}^{2} \) 는 압력 \( \mathrm{P} \) 에 의한 다이어프렘의 변위이며, \( \mathrm{y}_{0} \) 는 다이어프램 중심부에서 나타나는 최대 변위이다. \( \mathrm{h} \) 는 다이어프램의 두께, \( \mathrm{E} \) 는 다이어프램 재질의 탄성 계수, \( \mu \) 는 다이어프램 재질<p>의 포아송비, \( \mathrm{a} \) 는 다이어프렘의 반지름, \( \mathrm{r} \) 은 다이어프렘의 중심에서부터의 반경 방향의 거리이다.</p><h3>2.1.2 Flat type 다이어프램</h3><p>\( y=\frac{3\left(1-\mu^{2}\right) P}{16 E h^{3}}\left(a^{2}-r^{2}\right)^{2} \)</p><caption>(3)</caption><p>\( y_{0}=\frac{\left(1-\mu^{2}\right) P a^{4}}{16 E h^{3}} \)</p><caption>(4)</caption><p>Flat type 다이어프렘은 식(3), (4)와 같이 표현할 수 있으며 각 변수들은 식 (1), (2)와 동일하다.</p><h2>\( 2.2 \) 다이어프램 변형량 FEM 해석</h2><p>고압에 의한 압력센서의 다이어프렘 변형랑을 예측하여 최적 설계 변수를 선정하기 위해 ANSYS R19.1(부산대학교, 대한민국) 을 사용하였다. 재료는 수소 취성이 강해 현재 수소 충/방전 부품에 사용되고 있는 SUS316L을 적용하였다. 압력은 재료의 항복강도 \( 170 \mathrm{MPa} \) 아래인 \( 150 \mathrm{MPa} \) 까지 0 분터 \( 10 \mathrm{MPa} \) 씩 증압하였다. 메쉬는 노치타입은 2,784 개, 플랬타입은 1,356 개로 구성되어 있다.</p><h3>2.2.1 Notch type 다이어프램 해석 결과</h3><p>모든 조건을 동일하게 두고 최적설계 변수인 노치 두께만 \( 0.1 \mathrm{~mm}, 0.15 \mathrm{~mm}, 0.2 \mathrm{~mm} \) 로 다르게 적용하여 최대 응력과 변위량을 구하였다. Fig. 3은 해석 결과 중 한 가지 사례를 보여준다.Notch 두께가 \( 0.1 \mathrm{~mm} \) 일 때 최대 변위 \( 238.2 \mu \mathrm{m} \) 가 발생하였으나 Notch 부위가 가장 두꺼운 \( 0.2 \mathrm{~mm} \) 이 0 에서 \( 10 \mathrm{MPa} \) 증가하는 중 \( 100 \mathrm{MPa} \) 부근에서 노치 부위에 항복이 발생하여 사용할 수가 없다.</p><h3>2.2.2 Flat type 다이어프램 해석결과</h3><p>두께 \( 1.4 \mathrm{~mm} \) 와 \( 1.5 \mathrm{~mm} \) 에서는 \( 5 \mu \mathrm{m} \) 이상의 변위량을 나타냈으며 두께가 \( 1.4 \mathrm{~mm} \) 일 때, \( 145 \mathrm{MPa} \) 부근에서 항복이 발생하였으나 \( 1.5 \mathrm{~mm}, 1.6 \mathrm{~mm} \) 두께에서는 모든 가압구간에서 항복이 발생하지 않았다.</p>
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"압력에 따라 다이어프램 반경 방향으로 비선형적으로 변형하는 다이어프램은 무엇일까?",
"다이어프램 현형량 FEM 해석을 위해 어떤 재료가 적용되었을까?",
"Notch 두께가 몇 mm일때 최대 변위가발생하였니?",
"압력 P 에 의한 다이어프램 변위와 응력은 2가지의 식으로 표현되니?",
"Notch 두게가 0.15mm일때 최대 변위가 발생하였어?",
"다음 중 최대변위가 발생하였을대의 Notch로 알맞은 것은?",
"Flat type 다이어프렘은 식 중 a와r을 변수로 하는 식은 무엇일까?",
"다이어프램의 양 끝단에 노치(Notch)를 두어 변위가 선형적으로 발생하는 다이어프램을 무엇이라고 할까?",
"다이어프램형 압력센서에서 고압으로 인한 다이어프램 변위를 용이하게 측정하기 위해서 무엇의 설께가 필요할까?",
"Flat type 다이어프램 해석결과 5μm 이상의 변위량을 나타낸 두께는?",
"Flat type 다이어프램 해석결과두께 1.4 mm 와 1.5mm 에서는5μm 이상의 변위량을 나타냈니?",
"다이어프램 변형량 FEM 해석을 위한 재료로 SUS316L이 적용되었나?",
"다이어프램의 양 끝단에 노치(Notch)를 두어 변위가 선형적으로 발생하는 다이어프램을 Notch type 다이어프램 이라고 하니?",
"압력에 따라 다이어프램 반경 방향으로 비선형적으로 변형하는 다이어프램은 Notch type 다이어프램이니?",
"사용하고자 하는 목적에 따라 다이어프램의 형상을 크게 세가지로 분류 할 수 있니?"
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UHF 대역 수동형 RFID 태그 쇼트키 다이오드 특성 분석 및 전압체배기 설계
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<h1>IV. UHF 대역 전압체배기 특성</h1> <p>수동형 RFID 태그는 안테나에서 수신한 전력이 매우 작기 때문에 회로 구동에 필요한 전압으로 증가시키기 위해 전압체배기를 이용한다. UHF-대역 RFID 태그 칩에 사용되는 전압체배기는 zero-threshold MOSFET을 사용한 경우, 그리고 쇼트키 다이오드를 경우가 보고되었다. 일반적으로 높은 포화 전류와 작은 기생 저항 및 커패시턴스로 인해 쇼트키 다이오드가 MOSFET을 이용한 경우 보다 더 나은 성능을 나타내는 것으로 알려져 있다.</p> <p>그림 9에 본 논문에서 설계 및 제작한 체배기의 회로를 나타내었다. 이 구조는 \( \mathrm{N} \)개의 전압체배단을 가지며 입력 측에서 바라보았을 때 커패시터가 병렬로 연결되고, 정상상태(steady state)에 있을 때 출력 DC 전압은 \( 2 \mathrm{N} \)개의 다이오드에 역방향으로 나누어 걸리게 된다.</p> <p>추출된 다이오드 모델을 이용하여 그림 9에 나타낸 \( \mathrm{N}=6 \)인 전압체배기를 설계하였다. 다이오드의 크기가 클수록 같은 전류 구동에서 더 낮은 turn-on 전압을 가지나 그림 2의 \( \mathrm{C}_{\mathrm{IN}} \)값도 커짐으로서 높은 주파수를 사용하는 UHF대역에서는 유효한 입력 전압을 감소시킨다. 또한 쇼트키 다이오드의 크기에 비례하여 전도성 실리콘 기판에 의한 손실이 증가하고, 커플링 커패시턴스 \( \mathrm{C}_{2 \mathrm{N}} \)와 \( \mathrm{C}_{2 \mathrm{N}-1} \)의 값도 커져야 하기 때문에 전체 전압체배기의 크기가 커지므로 이를 고려한 설계가 필요하다.</p> <p>Turm-on 전압과 UHF대역 동작조건을 고려하여 각 체배단은 \( 10 \times 10\) \( \mu \mathrm{m}^{2} \) 를 쇼트키 다이오드를 사용하였고, 체배기의 전체 크기를 고려하여 \( \mathrm{C}_{2 \mathrm{N}}=\mathrm{C}_{2 \mathrm{N}-1}=2 \mathrm{pF} \)로 하였다. Coupling 커패시터는 \( 0.35\) \( \mu \mathrm{m} \) CMOS공정에서 제공되는 poly-insulator-poly(PIP) 커패시터를 사용하였다. 제작된 전압체배기의 사진을 그림 10에 나타내었으며, GSG (ground-signal-ground) coplanar probe를 이용하여 on-wafer로 측정하였다. 그림 11에 \( 900 \mathrm{Hz} \) 입력 신호에 대해 측정된 전압체배기의 출력특성을 나타내었다. 출력 파형을 측정하기 위해 Tektronics 5510 오실로스코프를 사용하고 입력 임피던스는 \( 1 \mathrm{~M} \Omega \)을 사용하였다. 신호발생기는 \( 50 \Omega \) 출력 임피던스를 가지는 Rhode\&Swartz SMIQ06B 신호발생기를 이용하여 \( 900 \mathrm{~MHz}\)RF 신호를 공급하였다.</p> <p>전압체배기로의 입력 최대 전압 \( 200 \mathrm{mV} \) (peak- to-peak)에서 출력전압으로 \( 1.3 \mathrm{~V} \) 이상의 전압을 얻을 수 있음을 알 수 있다. 태그 칩 내부의 회로는 저전력으로 동작하기 위해 \( 1 \mathrm{~V} \) 내외의 전압으로 동작되므로 설계된 전압체배기는 충분한 전압을 공급할 수 있으며, 그림 3의 그래프에서 인식거리가 전압체배기의 문턱전압에 의해서 주로 결정된다고 가정할 때 \( 5 \mathrm{~m} \)이상의 인식거리를 확보할 수 있음을 알 수 있다.</p> <p>표 2에 UHF대역에서 발표된 전압체배기의 특성을 비교하였다. 여기서 효율\( (\%)=\mathrm{P}_{\text {out }} / \mathrm{P}_{\text {in }} \)의 정의를 사용했으며, 일반적으로 효율은 체배단의 단수에 반비례한다. 다음 표에 나타내었듯이, 출력측의 부하 조건, 체배단의 단수, 그리고 제작 공정이 다르기 때문에 일률적으로 비교하기는 어렵다. 본 논문에서는 다른 발표된 논문과는 달리 CMOS 표준 공정을 사용하여 제작된 쇼트키 다이오드를 사용하여 \( 1 \mathrm{~V} \)의 출력 전압을 발생하는데 필요한 입력전력\( \left(\mathrm{P}_{\mathrm{in}}\right) \)이 \( -11 \mathrm{~dBm} \)으로 비교적 우수한 특성을 나타내고 있다. 다이오드의 특성을 최적할 경우 좀 더 나은 성능을 얻을 수 있을 것으로 사료된다.</p> <table border><caption>표 2. UHF대역에서 발표된 전압체배기의 특성 비교</caption> <tbody><tr><td></td><td>Technology</td><td>주파수 (\(\mathrm{MHz}\))</td><td>효율(\(\%\))</td><td>\( \mathrm{P}_{\text {in }}(\mathrm{dBm}) \) \( @ V_{\text {out }}=1 \mathrm{V} \)</td><td>비고</td></tr><tr><td>[12]</td><td>\( 0.25\) \( \mu \mathrm{m} \) Low-Vth CMOS</td><td>450</td><td>11</td><td>\(-19\)</td><td>16단 정합회로사용</td></tr><tr><td>[13]</td><td>\( 0.18\) \( \mu \mathrm{m} \) Low-Vth CMOS</td><td>900</td><td>14</td><td>\(-13\)</td><td>1단 + charge pump</td></tr><tr><td>[14]</td><td>\( 0.5\) \( \mu \mathrm{m} \) Low-Vth SOS CMOS</td><td>2400</td><td>2</td><td>\(-8\)</td><td>3단 full-wave</td></tr><tr><td>[15]</td><td>\( 0.3\) \( \mu \mathrm{m} \) standard CMOS</td><td>950</td><td>1.2</td><td>N.A.</td><td>6단 full-wave, battery(active)</td></tr><tr><td>본 논문</td><td>\( 0.35\) \( \mu \mathrm{m} \) standard CMOS</td><td>900</td><td>2</td><td>\(-11\)</td><td>6단, 쇼트키 다이오드</td></tr></tbody></table>
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"표 2에서 6단, 쇼트키 다이오드를 사용한 항목은 무엇입니까?",
"표 2에서 가장 높은 효율을 가지는 항목은 뭐야?",
"가장 높은 효율을 가지는 항목은 표 2에서 무엇이지",
"표 2에서 주파수의 값 중 가장 큰 것은 얼마입니까?",
"표 2에서 주파수의 결과 중 가장 작은 값은 어떤 항목입니까?",
"표 2에서 3단 full-wave의 특징을 가질 때 어떤 기술을 사용하나요?",
"표 2에서 가장 작은 효율일 때, 주파수는 얼마 입니까?",
"표 2에서 주파수가 가장 낮을 때, \\( \\mathrm{P}_{\\text {in }}(\\mathrm{dBm}) \\) \\( @ V_{\\text {out }}=1 \\mathrm{V} \\)의 결과는 뭐야?",
"표 2를 보면 16단 정합회로사용할 때의 효율은 뭐야?",
"표2에서 1단 + charge pump의 특징을 가지고 효율이 14일 때, 무슨 기술을 사용하나요?"
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인공물ED
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Co-sputtered \(\mathrm{Hf}\mathrm{O_{2}}-\mathrm{Al_2}\mathrm{O_3}\)을 게이트 절연막으로 적용한 IZO 기반 Oxide-TFT 소자의 성능 향상
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<p>대부분 산화물 박막트랜지스터의 게이트 절연막으로 쓰이는 \( \mathrm{SiO}_{2}, \mathrm{Si}_{3} \mathrm{~N}_{4} \) 는 다른 고유전 절연체에 비해 낮은 유전상수를 가져 그에 따른 소자의 전력소비도 더 많다. 이에 비해 고유전 절연체를 게이트 절연막으로 적용한 산화물 박막트랜지스터의 경우 더 얇은 절연 박막의 두께에서도 낮은 구동전압을 가져 소비전력을 줄여줄 뿐 아니라 다른 산화물 반도체와 마찬가지로 상온의 스퍼터 공정으로 증착이 가능해 Oxide-TFT의 투명성과 유연 기판 적용 특성을 유지시킬 수 있다.</p><p>현재 다양한 분야에서 활발히 연구되고 있는 hafnium oxide \( \left(\mathrm{HfO}_{2}\right) \) 는 첫째, 높은 유전 상수 (>20), 둘째, 양의 band off-set을 만들어 주는 ZnO 기반 반도체보다 넓은 에너지 갭 \( (>5 \mathrm{eV}) \) 셋째, 가시영역에서의 투명한 재료적 특성으로 다른 고유전 절연체 중에서도 Oxide-TFT의 게이트 절연막으로 가장 주목받는 물질이다. 한편 최근 연구에 따르면 \( \mathrm{HfO}_{2} \) 를 \( \mathrm{Al}_{2} \mathrm{O}_{3} \) 와 함께 CO-sputtering 으로 동시에 증착할 경우, 기존 \( \mathrm{HfO}_{2} \) 의 결정구조를 비결정 구조로 바꿀 수 있을 뿐 아니라 기존 \( \mathrm{HfO}_{2} \) 의 에너지 밴드 갭 또한 더 커질 수 있다고 하였는데, 이를 Oxide-TFT의 게이트 절연막으로 적용 시 소자의 성능을 향상 시킬 수 있을 거라 기대된다.</p><p>본 연구에서는 Co-sputtered \( \mathrm{HfO}_{2}-\mathrm{Al}_{2} \mathrm{O}_{3} \) (이하 HfAlO) 절연막을 제작하여 \( \mathrm{HfO}_{2} \) 에 비해 향상되어진 물질의 구조적, 전기적 특성 변화를 몇 가지 분석을 통해 수행한 후, 이를 산소 유량만을 달리해 반도체층, 소스/드레인, 게이트 전극층으로 동시에 사용된 IZO 기반 Oxide-TFT의 게이트 절연막으로 적용, T-TFT 소자의 전기적 특성 변화를 분석하였다.</p><h1>Ⅱ. 실험 방법</h1><p>본 연구를 위해 제작된 완전히 투명한 TFT는 별도의 의도적인 열처리 공정 없이 ITO (Indium Tin Oxide)가 코팅된 유리기판 위에 RF-magnetron sputtering에 의해서만 절연층, 반도체층, 전극층의 각 박막이 증착 되어졌다. 먼저 불필요한 면저항을 최소화하기 위해 전통적인 photo-lithography 공정을 통해 ITO의 원하는 패턴을 형성하였고, 이후 절연층과 반도체층, 소스/드레인, 게이트 전극층이 순차적으로 스퍼터 증착되어졌는데 이 때 반도체층과 소스/드레인, 게이트 전극층은 모두 이원성분계 amorphous \( \mathrm{In}_{2} \mathrm{O}_{3}\)-ZnO (a-IZO) 물질로 이루어 졌다. 이는 같은 스퍼터 타겟을 이용해 다른 모든 공정 조건은 같게 유지한 체 산소유량 만을 달리해 a-IZO 의 자유캐리어 농도를 조절, 비저항도를 달리해 중착한 것인데 여기서 타겟-기판거리, RF-power, 공정진공도는 각각 \( 6 \mathrm{~cm}, 50 \mathrm{~W}, 1 \) mTorr 로 동일하며 소스/드레인, 게이트 전극층에 대해서는 Ar 가스만을 \( 20 \mathrm{SCCM} \) 을 사용한 반면, 반도체층에 대해서는 Ar 가스 20 SCCM 을 가해 주면서 \( \mathrm{O}_{2} \) 가스 \( 0.8 \mathrm{SCCM} \) 을 함께 사용하였다. 측정된 소스/드레인, 게이트 전극층의 a-IZO 의 자유 전자 농도는 약 \( 10^{20} / \mathrm{cm}^{3} \) 이상, 비저항도 \( 10^{-3} \Omega \cdot \mathrm{cm} \) 이하 이고 반도체층 a-IZO의 자유 전자 농도는 약 \( 10^{18} / \mathrm{cm}^{3} \), 비저항도 \( 1 \sim 5 \Omega \cdot \mathrm{cm} \) 였다.</p>
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"산화물 박막트랜지스터의 게이트 절연막으로 사용되는 화합물이 뭐야?",
"소비전력을 줄이기 위해서 게이트 절연막은 어떤 절연체로 사용해야해?",
"고유전 절연체를 게이트 절연막으로 적용하게 되면 어떤 특성들을 유지할 수 있어?",
"고유전 절연체를 게이트 절연막으로 적용하면 Oxide-TFT의 투명성과 유연 기판 적용 특성을 유지할 수 있는 이유가 뭐야?",
"고유전 절연체를 게이트 절연막으로 적용한 산화물 박막트랜지스터가 소비전력을 줄일 수 있는 이유가 뭐야?",
"hafnium oxide의 유전 상수는 어떤 값보다 커?",
"양의 band off-set을 만들어 주는 반도체는 어떤 화합물을 기반으로 해?",
"기존 \\( \\mathrm{HfO}_{2} \\) 의 결정구조를 비결정 구조로 바꾸려면 어떤 화합물과 동시에 증착해야해?",
"hafnium oxide는 투명한 특성을 가지는 영역이 어디야?",
"Co-sputtered \\( \\mathrm{HfO}_{2}-\\mathrm{Al}_{2} \\mathrm{O}_{3} \\) (이하 HfAlO)를 게이트 절연막으로 사용할 때 다르게 적용한 것이 뭐야?",
"TFT가 유리기판 위에 각 박막이 증착되기 위해 사용된 것이 뭐야?",
"TFT는 어떤 층의 박막이 증착돼?",
"불필요한 면저항을 최소화하기 위해 수행하는 공정이 뭐야?",
"게이트 전극층에서 Ar 가스의 사용량은 얼마야?",
"반도체 층에서는 Ar 가스외에 어떤 가스를 같이 사용했어?",
"게이트 전극층의 a-IZO 의 비저항도는 대략 얼마 이하의 값을 가져?",
"\\( \\mathrm{SiO}_{2}, \\mathrm{Si}_{3} \\mathrm{~N}_{4} \\)가 다른 고유전 절연체에 비해 가지는 특징이 뭐야?",
"hafnium oxide가 ZnO 기반 반도체보다 좋은 점이 뭐야?",
"\\( \\mathrm{HfO}_{2} \\) 를 \\( \\mathrm{Al}_{2} \\mathrm{O}_{3} \\) 와 함께 CO-sputtering 으로 동시에 증착하면 어떤 이점이 발생해?",
"TFT의 박막을 증착시키는 곳인 유리기판은 어떤 물질로 코팅돼?",
"스퍼터 타겟을 이용해 다른 공정 조건은 동일하고 산소유량만을 다르게 한다면 어떤 물질의 자유캐리어 농도를 조절할 수 있어?",
"\\( \\mathrm{SiO}_{2}, \\mathrm{Si}_{3} \\mathrm{~N}_{4} \\)가 낮은 유전상수를 가지기 때문에 발생하는 특징이 뭐야?",
"TFT의 반도체층과 소스/드레인, 게이트 전극층은 어떤 물질로 구성되어 있어?",
"반도체층 a-IZO의 자유 전자 농도는 대략 얼마야?",
"고유전 절연체 중 Oxide-TFT의 게이트 절연막으로 가장 주목받는 물질이 뭐야?"
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인공물ED
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Co-sputtered \(\mathrm{Hf}\mathrm{O_{2}}-\mathrm{Al_2}\mathrm{O_3}\)을 게이트 절연막으로 적용한 IZO 기반 Oxide-TFT 소자의 성능 향상
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<h1>요 약</h1><p>투명 산화물 반도체 (Transparent Oxide-TFT)를 활성층과 소스/드레인, 게이트 전극층으로 동시에 사용한 비결정 indium zinc oxide (a- IZO), 절연층으로 co-Sputtered \( \mathrm{HfO}_{2}-\mathrm{Al}_{2} \mathrm{O}_{3} \) (HfAlO)을 적용하여 실온에서 RF-magnetron 스퍼터 공정에 의해 제작하였다. TFT의 게이트 절연막으로씨 \( \mathrm{HfFO}_{2} \) 는 그 높은 유전상수 (>20) 에도 불구하고 미세결정구조와 작은 에너지 밴드 갭 \( (5.31 \mathrm{eV}) \) 으로 부터 기인한 거친 계면특성, 높은 누설전류의 단점을 가지고 있다. 본 연구에서는, 어떠한 추가적인 열처리 공정 없이 co-sputtering에 의해 \( \mathrm{HfO}_{2} \) 와 \( \mathrm{Al}_{2} \mathrm{O}_{3} \) 동시에 증착함으로써 구조적, 전기적 특성이 TFT 의 절연막으로 더욱 적합하게 향상되어진 \( \mathrm{HfO}_{2} \) 박막의 변화를 x-ray diffraction (XRD), atomic force microscopy (AFM) and spectroscopic ellipsometer (SE)를 통해 분석하였다. XRD 분석은 기존 \( \mathrm{HfO}_{2} \) 의 미세결정 구조가 \( \mathrm{Al}_{2} \mathrm{O}_{3} \) 와의 co-Sputter에 의해 비결정 구조로 변한 것을 확인 시켜 주었고, AFM 분석을 통해 \( \mathrm{HfO}_{2} \) 의 표면 거칠기를 비교할 수 있는 RMS 값이 \( 2.979 \mathrm{~nm} \) 인 것에 반해 HfAlO 의 경우 \( 0.490 \mathrm{~nm} \) 로 향상된 것을 확인하였다. 또한 SE 분석을 통해 \( \mathrm{HfO}_{2} \) 의 에너지 밴드 갭 \( 5.17 \mathrm{eV} \) 이 HfAlO 의 에너지 밴드 갭 \( 5.42 \mathrm{eV} \) 로 항상 되어진 것을 알 수 있었다. 자유 전자 농도와 그에 따른 비저항도를 적절하게 조절한 활성층/전극층 으로써의 IZO 물질과 게이트 절연층으로써 co-sputtered HfAlO 를 적용하여 제작한 Oxide-TFT 의 전기적 특성은 이동도 \( 10 \mathrm{~cm}{ }^{2} / \mathrm{V} \cdot \mathrm{s} \) 이상, 문턱전압 \( 2 \mathrm{~V} \) 이하, 전류점멸비 \( 10^{5} \) 이상, 최대 전류량 \( 2 \mathrm{~mA} \) 이상을 보여주었다.</p><h1>I. 서 론</h1><p>최긴 전통적인 Si 기반 TFT 에 비해 두드러진 전기적 특성을 가지는 산화물 반도체 (Semiconductor Oxides)를 적용한 투명 박막 트랜지스터 (Transparent-TFT) 가 많은 관심을 받고 있다. 특히 ZnO, ZTO, IZO, IGZO 와 같은 ZnO 기반 산화물 반도체는 높은 전자의 이동도 \( \left(>10 \mathrm{~cm}^{2} / \mathrm{V} \cdot \mathrm{s}\right) \), 가시영역에서의 투명성, 소자 안정성에서 좋은 재료적 특성을 가지는데, 이 들을 적용하여 제작한 Oxide-TFT 는 대면적 소자에 적용 가능한 전동적인 물리적 증착방식, 즉 실온의 스퍼터 공정에서도 좋은 특성을 유지한다. 이에 이들 산화물 반도체의 Disply 혹은 여타 광소자로 적용하리라는 가능성이 이제는 점차 현실화 되고 있는 시점인 것이다.</p>
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"기존 \\( \\mathrm{HfO}_{2} \\)는 어떤 구조를 갖나요?",
"투명 산화물 반도체를 만들 때 어떤 공정을 이용했나요?",
"Transparent Oxide-TFT를 만드는 공정에서 온도 조건은 어떻게 되어야해요?",
"HfAlO는 무엇을 만들 때 사용되는 물질이예요?",
"\\( \\mathrm{HfFO}_{2} \\)는 TFT에서 무슨 역할을 해요?",
"TFT에서 게이트 절연막으로 무슨 물질을 이용해요?",
"\\( \\mathrm{HfFO}_{2} \\)의 미세 결정 구조는 어떤 단점을 일으키나요?",
"\\( \\mathrm{HfFO}_{2} \\)의 무슨 특성이 높은 누설 전류를 발생시키나요?",
"본 논문에서는 co-sputtering을 이용해 어떤 물질들을 동시에 증착시켜요?",
"본 논문에서는 \\( \\mathrm{HfO}_{2} \\) 박막의 변화를 어떤 방법들을 통해 분석하나요?",
"본 논문에서 \\( \\mathrm{HfO}_{2} \\) 와 \\( \\mathrm{Al}_{2} \\mathrm{O}_{3} \\)를 동시에 증착시킬 때, 어떤 기법을 사용해요?",
"SE 분석을 통해 측정했을 때, \\( \\mathrm{HfO}_{2} \\) 의 에너지 밴드 갭이 얼마로 향상되었나요?",
"\\( \\mathrm{HfO}_{2} \\) 의 에너지 밴드 갭이 \\( 5.42 \\mathrm{eV} \\) 로 항상된 걸 어떤 분석을 통해 알아냈나요?",
"\\( 5.42 \\mathrm{eV} \\)은 어느 물질의 에너지 밴드 갭인가요?",
"\\( \\mathrm{HfO}_{2} \\) 의 미세결정 구조가 \\( \\mathrm{Al}_{2} \\mathrm{O}_{3} \\) 와의 co-Sputter에 의해 비결정 구조로 변한 건 어떤 분석을 통해 알아낼 수 있어요?",
"\\( \\mathrm{HfO}_{2} \\) 의 미세결정 구조가 \\( \\mathrm{Al}_{2} \\mathrm{O}_{3} \\) 와의 어떤 처리를 거쳐 비결정 구조를 만드나요?",
"\\( \\mathrm{HfO}_{2} \\) 의 미세결정 구조를 어떤 물질과의 co-Sputter를 통해 비결정 구조를 만들 수 있나요?",
"RMS값은 \\( \\mathrm{HfO}_{2} \\) 의 무엇을 측정할 수 있나요?",
"\\( \\mathrm{HfO}_{2} \\)의 RMS값은 얼마예요?",
"자유 전자 농도에 따른 비저항도를 조절한 활성층/전극층에는 어떤 물질을 사용하시나요?",
"co-sputtered HfAlO를 적용하여 만든 구조는 어떤 역할을 해요?",
"게이트 절연층에는 어떤 물질을 이용해요?",
"게이트 절연층으로 제작한 구조의 이름은 뭐예요?",
"Oxide-TFT는 어떤 역할을 해요?",
"Oxide-TFT 의 전기적 특성 중 이동도는 얼마 이상이예요?",
"Oxide-TFT 의 전기적 특성 중 문턱 전압은 얼마 이하예요?",
"Oxide-TFT 의 전기적 특성 중 최대 전류량은 얼마 이상이예요?",
"Oxide-TFT 의 전기적 특성 중 전류점멸비는 얼마 이상이예요?",
"전통적인 TFT는 무엇을 기반으로 만들어진 건가요?",
"투명 박막 트랜지스터는 어떤 반도체를 적용한 건가요?",
"Si 기반 TFT보다 더 효율적인 산화물 반도체를 적용한 제품은 무엇인가요?",
"ZnO 기반 산화물 반도체는 전자의 이동도가 어떻게 되나요?",
"ZnO 기반 산화물 반도체는 가시영역에서 어떤 특성을 가져요?",
"Oxide-TFT 는 어떤 방식을 가지길래 대면적 소자에 적용 가능한가요?",
"스퍼터 공정은 어느 온도에서 이루어지나요?",
"투명 산화물 반도체의 활성층과 소스/드레인, 게이트 전극층을 만들 때 사용한 물질은 뭔가요?",
"투명 산화물 반도체의 절연층을 만들 때는 무엇을 사용했나요?",
"엑스레이 회절은 줄여서 뭐라고 표기하나요?",
"원자힘 현미경은 줄여서 뭐라고 표기하나요?",
"SE은 무엇의 약자인가요?",
"\\( \\mathrm{HfO}_{2} \\)의 원래 에너지 밴드 갭은 얼마예요?",
"RMS는 어떤 분석을 이용해 측정해요?",
"HfAlO 의 RMS값은 얼마예요?",
"TFT는 한글로 뭐라고 해요?",
"Oxide-TFT는 실온의 어떤 공정에서도 안정해요?"
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인공물ED
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Co-sputtered \(\mathrm{Hf}\mathrm{O_{2}}-\mathrm{Al_2}\mathrm{O_3}\)을 게이트 절연막으로 적용한 IZO 기반 Oxide-TFT 소자의 성능 향상
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<p>그림 3은 \( \mathrm{HfO}_{2}\) (a, b), Co-sputtered \( \mathrm{HfO}_{2}-\mathrm{Al}_{2} \mathrm{O}_{3} \) (c) 절연박막의 표면 거칠기 분석을 위한 AFM 촬영 이미지이다. 나타난 바와 같이 Ar 가스만을 이용해 제작한 \( \mathrm{HfO}_{2} \) 박막의 RMS (Root Mean Square) 값이 \( 2.979 \mathrm{~nm} \) 를 갖는 반면 Co-sputtered \( \mathrm{HfO}_{2}-\mathrm{Al}_{2} \mathrm{O}_{3} \) 박막의 경우 비결정성 구조를 가지는 만큼 표면 거칠기를 비표할 수 있는 RMS 값이 \( 0.490 \mathrm{~nm} \) 만큼 더 낮아진 것을 확인할 수 있었다. 이런 Co-sputtered \( \mathrm{HfO}_{2}-\mathrm{Al}_{2} \mathrm{O}_{3} \) 의 더 부드러워진 표면 거칠기는 전자의 이동에 영향을 줄 수 있는 절연막과 활성층 사이의 계면 특성을 향상시켜, 결과적으로 TFT 특성에 긍정적인 영향을 미칠 것이다.</p><p>그림 4는 \( \mathrm{HfO}_{2} \) 와 Co-sputtered \( \mathrm{HfO}_{2}-\mathrm{Al}_{2} \mathrm{O}_{3} \) 절연막의 에너지 갭 변화를 보여주는 파장 (에너지 갭)에 따른 굴절율 (n) 과 소광계수 (k) 의 그래프 (각각 a, b)이다. 분석은 SE (Spectroscopic ellipsometer)를 통해 파장이 따른 \( \psi-\Delta \) 값의 스펙트럼을 측정 후 tauc-lorentz 함수와 gaussian 함수로 이를 분석하였다. 파장에 따른 k 의 값이 0 에서 서서히 커지다가 약 \( 5 \mathrm{eV} \) 에서 급격히 커지는 부분이 광의 흡수가 일어나는 곳이고, 이를 에너지 밴드 갭으로 봤을 때 순수 Ar 가스만을 사용한 \( \mathrm{HfO}_{2} \) 의 경우 에너지 밴드 갭이 \( 5.17 \mathrm{eV} \) 로 측정되었고, Co-sputtered \( \mathrm{HfO}_{2}-\mathrm{Al}_{2} \mathrm{O}_{3} \) 의 경우 \( 5.42 \mathrm{eV} \) 로 \( 0.25 \mathrm{eV} \) 만큼 더 커진 것을 확인할 수 있었다. 이것을 Oxide-TFT의 절연박막으로 적용했을 시, 더 넓어진 절연막의 에너지 밴드 갭은 활성층으로부터의 전자 tunneling 현상을 기존 \( \mathrm{HfO}_{2} \) 에 비해 효과적으로 막아주어 게이트 누설전류를 더 줄여줄 수 있을 것이다.</p><h2>2. \( \mathrm{HfO}_{2}\), HfAlO 를 게이트 절연막으로 적용한 Oxide-TFT의 전기적 특성 분석</h2><p>앞서 언급한 활성층, 소스/드레인, 게이트 전극층으로 동시에 이용한 IZO 물질을 기반으로, 전기적, 구조적으로 향상된 성능의 \( \mathrm{HfO}_{2} \) 절연막을 적용한 Oxide-TFT 를 제작해 그 전기적 특성을 비교, 분석 하였다. 그림 5는 \( \mathrm{V}_{\mathrm{DS}}=5 \mathrm{~V} \) 에서 \( \mathrm{V}_{\mathrm{G} \text { 를 }}-1 \sim 6 \mathrm{~V} \) 로 증가 시키며 측정한 Log-scale \( \mathrm{I}_{\mathrm{DS}} \) 그래프이다. Ar 가스만을 이용한 \( \mathrm{HfO}_{2} \) 절연막 TFT 의 경우 Off-current : \( 8.2 \mathrm{X} 10^{-8} \mathrm{~A} \), On-current: \( 2.2 \mathrm{X} 10^{-4} \mathrm{~A} \) 로 전류점멸비 \( 2.68 \times 10^{3} \) 를 나타내었고, 적절한 산소 유량으로 절연막의 표면 거칠기를 향상 시켜준 \( \mathrm{HfO}_{2} \) 적용 TFT의 Off-current: \( 3.20 \) \( \mathrm{X} 10^{-8} \mathrm{~A} \), On-current : \( 2.0 \mathrm{X} 10^{-4} \mathrm{~A} \) 로 전류점멸비 \( 6.21 \times 10^{3} \) 나타내었다. CO-sputtered HfAlO 적용 TFT 는 Off-current : \( 7.41 \mathrm{X} 10^{-9} \mathrm{~A} \), On-current \( : 2.23 \mathrm{X} 10^{-3} \mathrm{~A} \) 로 전류점멸비 \( 3.0 \mathrm{X} 10^{5} \) 를 나타내었는 데 Ar 가스만을 적용한 \( \mathrm{HfO}_{2} \) 절연막의 전류점멸비에 비해 약 \( 10^{2} \) 만큼 향상된 것이다. 이는 향상된 표면 거칠기에 의해 최대 전류량이 늘어났을 뿐 아니라 넓어진 에너지 밴드 갭으로 누설전류를 더욱 줄여줘 Off-current 또한 더 작아졌기 때문이다.</p>
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"Co-sputtered \\( \\mathrm{HfO}_{2}-\\mathrm{Al}_{2} \\mathrm{O}_{3} \\)이용했을 때 박막의 RMS값은 Ar가스만을 이용했을 때의 값보다 얼마나 낮은가?",
"CO-sputtered HfAlO 적용 TFT의 전류점멸비는 무엇인가?",
"Ar가스만 이용해서 제작한 \\( \\mathrm{HfO}_{2} \\) 박막의 RMS의 값은 무엇인가?",
"Co-sputtered \\( \\mathrm{HfO}_{2}-\\mathrm{Al}_{2} \\mathrm{O}_{3} \\)을 사용할 때 TFT특성이 향상되는 이유는 무엇인가?",
"순수 Ar가스만을 사용한 \\( \\mathrm{HfO}_{2} \\) 의 경우 에너지 밴드 갭보다 Co-sputtered \\( \\mathrm{HfO}_{2}-\\mathrm{Al}_{2} \\mathrm{O}_{3} \\)의 경우 에너지밴드 값을 얼마나 커지는가?",
"게이트 누설전류를 더 줄이기 위해 무엇을 적용해야 하는가?",
"파장에 따른 k 의 값이 0 에서 서서히 커지다가 약 \\( 5 \\mathrm{eV} \\) 에서 급격히 커지는 부분에서 어떤 일이 발생하는가?",
"Ar 가스만을 이용한 \\( \\mathrm{HfO}_{2} \\) 절연막 TFT 의 경우 전류점멸비는 무엇인가",
"CO-sputtered HfAlO 적용 TFT 전류점멸비가 \\( \\mathrm{HfO}_{2} \\) 절연막의 전류점멸비에 비해 더 향상된 이유는 무엇인가?",
"Ar 가스만을 적용한 \\( \\mathrm{HfO}_{2} \\) 절연막의 전류점멸비에 비해 CO-sputtered HfAlO 적용 TFT의 전류점멸비는 얼마만큼 향상되었는가?",
"적절한 산소유량으로 절연막의 표면 거칠기를 향상시킨 \\( \\mathrm{HfO}_{2} \\) 적용 TFT의 전류점멸비는 무엇인가?"
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인공물ED
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Co-sputtered \(\mathrm{Hf}\mathrm{O_{2}}-\mathrm{Al_2}\mathrm{O_3}\)을 게이트 절연막으로 적용한 IZO 기반 Oxide-TFT 소자의 성능 향상
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<p>최종적으로 구조적, 전기적으로 TFT 에 더욱 적합하게 제작되어진 co-sputtered \( \mathrm{HfO}_{2}-\mathrm{Al}_{2} \mathrm{O}_{3} \) 절연막을 이용한 IZO 기반 투명 산화물 반도체의 전기적 특성을 반도체 파라미터 분석기를 이용해 분석하였다. 그림 6 은 ( \mathrm{V}_{\mathrm{DS}}=5 \mathrm{~V} \) 로 고정한 체 \( \mathrm{V}_{\mathrm{G}}-1 \sim 6 \mathrm{~V} \) 까지 변화시켜 구한 \( \mathrm{I}_{\mathrm{DS}} \) 전류 특성 곡선이고, 그림 7은 \( \mathrm{V}_{\mathrm{G}} 2 \mathrm{~V} \) 만큼 sweep 하며 나타낸 \( \mathrm{V}_{\mathrm{DS}}(0 \sim 10 \mathrm{~V}) \) 에 대한 IDS 전류 특성 곡선이다. Oxide-TFT의 전기적 특성은 이동도 \( 10 \mathrm{~cm}^{2} / \mathrm{V} \cdot \mathrm{s} \) 이상, 문턱전압 \( 2 \mathrm{~V} \) 이하, 전류점멸비 \( 10^{5} \) 이상에 최대전류량은 \( 2 \mathrm{~mA} \) 이상을 나타내었다.</p><h1>IV. 결 론</h1><p>본 연구에서는 transparent Oxide-TFT의 게이트 절연막으로 쓰이는 고유전 절연체 \( \mathrm{HfO}_{2} \) 와 구조적, 전기적으로 TFT 에 더욱 적합하게 특성이 향상되어진 CO-sputtered \( \mathrm{HfO}_{2}-\mathrm{Al}_{2} \mathrm{O}_{3} \) 을 제작하여 그 특성을 비교 분석하였다. \( \mathrm{HfO}_{2} \) 와 \( \mathrm{Al}_{2} \mathrm{O}_{3} \) 를 co-sputter에 의해 동시 증착하여 제작한 HfAlO 물질은 \( \mathrm{Al}_{2} \mathrm{O}_{3} \) 에 의해 기존 \( \mathrm{HfO}_{2} \)의 미세결정구조가 비결정 구조로 바뀌어 HfAlO 박막의 표면 거칠기를 \( \mathrm{HfO}_{2} \) 에 비해 더욱 부드럽게 해 주었다. 또한 에너지 밴드 갭 또한 더욱 넓어져 누설전류를 줄여 주었는데, 이는 최종적으로 HfAlO 를 게이트 절연막으로 Oxide-TFT에 적용했을 때 그 전기적 특성을 더욱 향상시켜 주었다. 본 연구를 위해 제작되어진 IZO 기반 transparent oxide-TFT 는 상온에서 별도의 열처리 공정 없이 물리적 증착법인 스퍼터에 의해서만 shadow-mask를 이용해 원하는 절연층, 활성충, 전극층 각 영역의 패턴을 선택적 그리고 순차적으로 형성하였다. 이는 대면적 OLED 구동을 위한 back-plane 과 유연소자로의 적용 가능성을 보여준다.여기에 내용을 입력하세요.</p>
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"구조적으로 TFT에 적합하게 제작된 절연막은 무엇인가요?",
"TFT에 구조적으로 적합하게 만들어진 절연막의 명칭은 뭐야?",
"실험에서는 반도체의 전기적 특성을 어떻게 분석했어?",
"Oxide-TFT의 이동도는 얼마 이상이야?",
"Oxide-TFT는 얼마 이상의 이동도를 가지나요?",
"왜 HfAlO가 \\( \\mathrm{HfO}_{2} \\)보다 박막의 표면이 더 부드러워?",
"왜 HfAIO의 누설전류가 감소했지?",
"CO-sputtered \\( \\mathrm{HfO}_{2}-\\mathrm{Al}_{2} \\mathrm{O}_{3} \\)는 어디에 더 적합하게 향상되었어?",
"Transparent Oxide-TFT의 게이트 절연막으로 쓰이는 절연체는 무엇인가요?",
"어떤 절연체가 Transparent Oxide-TFT의 게이트 절연막으로 사용돼?",
"연구에서 제작된 transparent oxide-TFT느 어떻게 각 영역의 패턴을 순차적, 선택적으로 형성했나요?",
"HfAIO 물질은 어떻게 제작되나요?",
"HfAIO 물질이 만들어지는 과정은 어떻게 돼?",
"IZO 기반 transparent oxide-TFT 제작 과정 중 shadow-mask를 이용해 형성한 영역으로 활성층, 전극층 그리고 무엇이 있나요?",
"본 연구에서 제시하는 HfAIO의 활용처는 무엇인가요?"
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인공물ED
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Co-sputtered \(\mathrm{Hf}\mathrm{O_{2}}-\mathrm{Al_2}\mathrm{O_3}\)을 게이트 절연막으로 적용한 IZO 기반 Oxide-TFT 소자의 성능 향상
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<p>게이트 절연막으로 쓰인 \( \mathrm{HfO}_{2} \) 는 구조적, 전기적 특성 변화를 분석하기 위해 세 가지 조건으로 달리해 각 각 증착되어졌다. 먼저 \( \mathrm{HfO}_{2} \) sputtering 증착 시 Ar 가스만을 20 SCCM 을 가해줘 절연박막을 증착하였고, 다음으로 Ar 가스 뿐 아니라 \( \mathrm{O}_{2} \) 가스를 0.1 SCCM 가해줘 \( \mathrm{HfO}_{2} \) 절연막을 증착하였으며 마지막으로 Co-sputtered \( \mathrm{HfO}_{2}-\mathrm{Al}_{2} \mathrm{O}_{3} \) 절연막을 증착하였는데, 이때 \( \mathrm{HfO}_{2} \) 타겟의 RF-power 는 \( 75 \mathrm{~W}, \mathrm{Al}_{2} \mathrm{O}_{3} \) 타겟의 RF-power 는 \( 50 \mathrm{~W} \), Ar, \(\mathrm{O}_{2} \) 가스 유량비는 20: 0.2 SCCM을 사용하였다. 모든 TFT 각 층의 박막은 shadow-mask를 이용하여 선택적, 그리고 순차적으로 스퍼터 공정에 의해 증착 되어졌으며 제작된 Oxide-TFT의 모식도를 그림 1에 나타내었다.</p><p>제작된 \( \mathrm{HfO}_{2} \) 와 Co-sputtered \( \mathrm{HfO}_{2}-\mathrm{Al}_{2} \mathrm{O}_{3} \) 박막의 구조적, 전기적 특성 변화 분석을 위해 XRD (X-ray diffraction), AFM (Atomic force microscopy), SE (Spectroscopic ellipsometer) 분석이 수행 되어졌으며, 이 후 마지막으로 반도체 파라미터 분석기를 이용해 앞에서 언급된 반도체층, 전극층, 절연층을 적용한 Oxide-TFT의 전기적 특성변화를 분석하였다.</p><h1>III. 본론(결과 및 토의)</h1><h2>1. \( \mathrm{HfO}_{2}\), Co-sputtered HfAlO 박막 특성 분석</h2><p>일반적으로 \( \mathrm{HfO}_{2} \) 의 스퍼터 증착 시 가해주는 적절한 \( \mathrm{O}_{2} \) 유량은 박막의 형성 시 발셍하는 산소 결핍을 보상 해주어 \( \mathrm{O}_{2} \) 가스를 가해주지 않은 박막에 비해 누설전류를 줄일 수 있으나 또한 너무 많은 \( \mathrm{O}_{2} \) 가스 유량은 negative ion bombardment의 영향으로 누설전류를 다시 증가 시킬 수 있다. 이에 우리는 순수 Ar 가스만을 스퍼터 반응성 기체로 사용한 \( \mathrm{HfO}_{2} \), 증착 시 Ar : \( \mathrm{O}_{2} \) 가스 유량 20: 0.1 SCCM 을 가해줘 증착한 \( \mathrm{HfO}_{2} \), 그리고 Co-sputtered \( \mathrm{HfO}_{2}-\mathrm{Al}_{2} \mathrm{O}_{3} \) 박막을 각각 증착하여 그 구조적, 전기적 특성을 비교하였다.</p><p>다른 조건으로 증착되어진 \( \mathrm{HfO}_{2} \) 와 Co-sputtered \( \mathrm{HfO}_{2}-\mathrm{Al}_{2} \mathrm{O}_{3} \) 절연막의 결정성 변화를 알아보기 위한 XRD 분석을 그림 2에 나타내었다. 나타난 바와 같이 두 \( \mathrm{HfO}_{2} \) 박막 (using Ar gas only, Ar : \( \mathrm{O}_{2}\) = 20: 0.1 SCCM)은 상온의 스퍼터 증착 시 2 theta, 약 \( 28^{\circ} \) 에서 강한 peak을 가져 monoclinic 구조의 미세결정 구조임을 알 수 있었던 반면, Co-sputtered \( \mathrm{HfO}_{2}-\mathrm{Al}_{2} \mathrm{O}_{3} \) 박막의 경우 비결정 구조로 어뗜 각에서도 peak 이 검출되지 않았는데, 이는 \( \mathrm{Al}_{2} \mathrm{O}_{3} \) 가 \( \mathrm{HfO}_{2} \) 의 결정화를 막아주었을 거라 생각되어진다.</p>
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"두 \\( \\mathrm{HfO}_{2} \\) 박막 (using Ar gas only, Ar : \\( \\mathrm{O}_{2}\\) = 20: 0.1 SCCM)은 상온의 스퍼터 증착 시 어떤 것을 알 수 있어?",
"\\( \\mathrm{HfO}_{2} \\) 의 스퍼터 증착 시 가해주는 \\( \\mathrm{O}_{2} \\) 유량으로 문제가 생길 수 있으니 어떻게 실험을 진행했어?",
"게이트 절연막으로 쓰인 \\( \\mathrm{HfO}_{2} \\) 는 구조적, 전기적 특성 변화를 분석하기 위해 세 가지 조건으로 어떻게 증착을 진행했어?",
"게이트 절연막으로 쓰인 \\( \\mathrm{HfO}_{2} \\)는 어떤 특성이 있어?",
"제작된 \\( \\mathrm{HfO}_{2} \\) 와 Co-sputtered \\( \\mathrm{HfO}_{2}-\\mathrm{Al}_{2} \\mathrm{O}_{3} \\) 박막의 전기적, 구조적 특성 변화 분석을 위해 어떤 분석이 먼저 수행됐어?",
"\\( \\mathrm{HfO}_{2} \\) 의 스퍼터 증착 시 가해주는 적절한 \\( \\mathrm{O}_{2} \\) 유량은 어떤 효과가 있어?",
"Oxide-TFT의 전기적 특성변화를 분석하기 위해 어떻게 했어?",
"일반적으로 \\( \\mathrm{HfO}_{2} \\) 의 스퍼터 증착 시 가해주는 \\( \\mathrm{O}_{2} \\) 유량이 너무 많을 시 어떤 문제가 생겨?"
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인공물ED
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\(0.35 \mathrm{um}\) \(2\)P\(3\)M BCD 공정을 이용한 LLC 공진 제어 IC 설계
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<h1>III. 실 험</h1><h2>1. Layout</h2><p>그림 9 는 제작된 LLC 공진 제어 IC 의 레이아웃을 나타낸다. 전체 면적은 \( 1450 \mathrm{um} \times 1400 \mathrm{um} \) 이고, 클럭 생성기와 보호회로, HVG 및 LVG 회로와 각 블록의 전압 전류를 제공하는 바이어스 회로 및 출력을 관찰하기 위한 16 to \( 1 \mathrm{MUX} \) 회로로 구성되어 있다.</p><h2>2. 클럭 생성기</h2><p>그림 10 은 설계한 클럭 생성기 내부의 톱니파 발생기의 측정 파형을 나타내며, RT\(=300 \mathrm{k} \Omega,\) RDT\(=68 \mathrm{k} \Omega \) 일 때 측정한 결과이다. 내부에서 만들어지는 톱니파의 파형은 VTHP\(=2.96 \mathrm{~V}\), VTHN\(=1.47 \mathrm{~V} \) 구간에서 발생되며 톱니파의 하강시간에 따라서 데드타임을 갖는 AI, BI 파형이 서로 반전되어 출력된다. 툽니파의 상승 시간에 의해서 AI, BI 출력의 주파수가 결정되고 하강 시간에 따라서 데드타임이 결정된다. 그림 9는 RT 저항에 의한 주파수 가변 범위를 나타낸다. 회로의 가변 주파수 범위는 튜닝 저항 범위를 \( 30 \mathrm{k} \Omega \sim 322 \mathrm{k} \Omega \) 으로 변화시킬 때 \( 46.8 \mathrm{kHz} \sim 531 \mathrm{kHz} \) 로 가변 할 수 있었다. 그림 11 은 RDT 저항에 의한 데드타임의 가변 범위를 나타낸다. 데드타임의 가변 범위는 튜닝 저항 범위를 \( 43 \mathrm{k} \Omega \sim 343 \mathrm{k} \Omega \) 으로 변화시킬 때 \( 260 \mathrm{~ns} \sim 2.24\mathrm{s}\)까지 가변이 가능하다.</p><p>그림 13 은 VFB 전압에 의한 주파수 가변 범위를 나타낸다. 회로의 가변 주파수 범위는 Fmax 주파수 설정에 의해서 최대 주파수가 결정된다. VFB 전압이 \( 1.2 \mathrm{~V} \) 이상에서 주파수가 가변 되기 시작하며 여기서는 Fmin \( =44.48 \mathrm{kHz}, \mathrm{Fmax}=235 \mathrm{kHz} \) 로 설정하였다. 외부의 제너 다이오드에 의해서 \( 5 \mathrm{~V} \) 까지 주파수가 가변 하게 된다.</p><h2>3. HVG, LVG 드라이버</h2><p>그림 14는 HVG, LVG의 출력 파형을 나타낸다. H.V 전압이 \( 11 \mathrm{~V} \) 일 때 HB 전압을 \( 0 \mathrm{~V} \) 로 놓고 \( 2.2 \mathrm{nF} \) 의 부하를 연결했을 때의 측정 견과이다. HVG, LVG 의 진폭은 \( 13.8 \mathrm{~V} \) 이고, 상승 및 하강시간은 각각 \( 74 \mathrm{~ns}, 75.2 \mathrm{~ns} \) 로 측정 되었다. 이는 처음 정했던 \(<100 \mathrm{~ns} \) (@2 nF)에 만족한다. Isource, Isink 전류는 상승시간과 하강시간을 계산하여 얻어진 결과이다. Isource, Isink는 각각 \( 327.7 \mathrm{mA}, 323.0 \mathrm{~mA} \) 이다.</p><p>그림 15 는 HVG, LVG, HB, VBOOT 의 출력 파형을 나타낸다. LLC 공진 회로를 공진시키기 위한 VHB 출력의 진폭은 \( 10.9 \mathrm{~V} \) 이고, 이 때 VBOOT의 전압은 \(15 \mathrm{V} \sim 25.9 \mathrm{~V} \) 로 \( 10.9 \mathrm{Vpp} \) 의 진폭으로 출력된다.</p><h2>4. Protection 블록</h2><p>가. UVLO</p><p>그림 16 은 FUVLO \( =7 \mathrm{~Hz}\), Fmin\(=48.53 \mathrm{kHz} \), Fmax \( =109 \mathrm{kHz} \), Deadtime \( =680 \mathrm{~ns} \), Css \( =1 \mathrm{uF} \) 의 동작 조건에서 UVLO의 동작 파형을 나타낸다. VCC 입력이 \( 0 \mathrm{~V} \) 에서 \( 15 \mathrm{~V} \) 로 인가되면 \( 9.1 \mathrm{~V} \) 이상의 전압에서 내부 회로가 동작하고 soft start 동작을 거치게 되면서 Vout 출력이 점진적으로 증가하게 된다. 반면 VCC 입력이 감소할 경우 \( 8.7 \mathrm{~V} \) 이하로 감소하게 되면 HVG, LVG 출력이 Off되어 Vout이 감소된다. UVLO 회로는 내부 회로의 정확한 동작을 하도록 하여 신뢰성을 확보하고, 그에 따라 LLC 공진 제어 IC와 주변회로를 보호하는 역할을 한다.</p><p>나. Brown Out</p><p>그림 17은 Fmin\(=48.53 \mathrm{kHz} \), Fmax \( =109 \mathrm{kHz} \), Deadtime \( =680 \mathrm{~ns}, \mathrm{Css}=1 \mathrm{uF} \) 의 동작 조건에서 Brown Out 회로의 동작 파형을 나타낸다. VHV 입력이 상승 하면서 인가되었을 경우 \( 8.6 \mathrm{~V} \) 이상의 전압에서 soft start 동작을 하게 되면서 Vout 출력이 높아짐을 볼 수 있다. 반대로 VHV 입력이 감소하게 될 경우에는 \( 8.1 \mathrm{~V} \) 이하에서 HB 출력이 Off되어 Vout이 감소되게 된다. VHV 의 입력에 대한 ON, OFF 전압은 brown out 회로의 외부 저항 Rupper, Rlower을 조정하여 가변이 가능하다.</p><p>다. Fault detector</p><p>그림 18은 fault detector의 fast fault 동작을 나타낸 것이다. fast fault 회로는 2 차 측의 Vout 전압을 감지하여 피드백을 통해서 특정전압 이상이 되면 클럭 생성기의 동작을 즉각적으로 멈추게 하는 역할을 한다. fast fault 입력이 기준 전압보다 커질 경우 즉각적으로 fault 신호가 low가 되면서 클럭 생성기의 동작을 멈추게 하고, HVG, LVG 출력은 나타나지 않는다. fast fault 입력이 기준 전압보다 낮아질 경우에 HVG, LVG 출력은 soft start 동작을 거치면서 정상 주파수로 클럭 신호를 내보낸다.</p><p>그림 19는 fault detector의 slow fault 동작을 나타낸 것이다. slow fault 회로는 1 차 측의 LLC 공진회로의 과전류에 의해 발생되는 회로의 과열을 방지하기 위해 1 차 측에 흐르는 전류를 전압으로 변환하여 입력이 일정시간 동안 유지될 경우 fault detector R, C 양단에 전압이 증가하게 되고, \( 4 \mathrm{~V} \) 가 되면 클럭을 off시킨다. 입력이 제거되면 R, C 시정수에 따라 방전이 일어나고 \( 1.2 \mathrm{~V} \) 전압에 도달하면 soft start 동작을 거치면서 클럭을 발생시킨다.</p>
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"그림 9 는 무엇의 레이아웃을 나타내?",
"그림 9 에서는 제작된 LLC 공진 제어 IC의 무엇을 보여?",
"제작된 LLC 공진 제어 IC 전체 면적이 뭐야?",
"제작된 LLC 공진 제어 IC는 무엇으로 구성되어 있어?",
"제작된 LLC 공진 제어 IC 에는 각 블록의 전압 전류를 제공하는 무슨 회로가 있어?",
"그림 9는 RT 저항에 의해 주파수가 변할 수 있는 범위를 나타내?",
"그림 10 은 무슨 내부의 톱니파 발생기의 측정 파형을 보여?",
"그림 10 클럭 생성기 내부의 무엇의 측정 파형이야?",
"그림 10 은 설계한 클럭 생성기 내부의 톱니파 발생기를 언제 측정 했을 때의 파형을 나타내?",
"내부에서 만들어지는 톱니파의 파형은 어디서 발생 돼?",
"내부에서 만들어지는 톱니파의 파형은 톱니파의 무엇에 따라 AI, BI 파형이 서로 반전되어 출력돼?",
"내부에서 만들어지는 톱니파의 파형은 데드타임을 갖는 무슨 파형이 서로 반전되어서 출력돼?",
"톱니파의 무슨 시간에 의해 AI, BI 출력의 주파수가 결정돼?",
"톱니파의 하강 시간에 따라 무엇이 결정 돼?",
"그림 9는 무슨 저항에 의한 주파수 가변 범위를 나타내?",
"언제 회로의 가변 주파수 범위가 \\( 46.8 \\mathrm{kHz} \\sim 531 \\mathrm{kHz} \\) 로 가변해?",
"튜닝 저항 범위를 \\( 30 \\mathrm{k} \\Omega \\sim 322 \\mathrm{k} \\Omega \\) 으로 변화시키면 회로의 가변 주파수 범위가 몇 \\(\\mathrm{kHz} \\) 이야?",
"그림 11 은 무슨 저항에 의한 데드타임의 가변 범위를 보여?",
"RDT 저항에 따라 데드타임의 가변 범위가 달라져?",
"튜닝 저항 범위를 \\( 43 \\mathrm{k} \\Omega \\sim 343 \\mathrm{k} \\Omega \\) 으로 변화시킬 때 데드타임은 \\( 2 \\mathrm{s}\\)가 가능해?",
"무슨 범위를 \\( 43 \\mathrm{k} \\Omega \\sim 343 \\mathrm{k} \\Omega \\) 으로 변화시킬 때 데드타임의 가변 범위가 \\( 260 \\mathrm{~ns} \\sim 2.24\\mathrm{s}\\)로 변화해?",
"그림 13 은 무엇에 따른 주파수 가변 범위를 나타내?",
"회로의 가변 주파수 범위에서 무엇에 의해 최대 주파수가 결정돼?",
"Fmax 주파수 설정에 의해 회로의 가변 주파수 중 무슨 주파수가 결정돼?",
"VFB 전압이 몇 \\( \\mathrm{~V} \\) 이상일 때 주파수가 가변돼?",
"HVG, LVG 의 진폭이 몇 \\( \\mathrm{~V} \\) 로 측정돼?",
"외부에 있는 제너 다이오드에 의해 주파수가 몇 \\( \\mathrm{~V} \\)까지 가변해?",
"본 논문에서 \\(235 \\mathrm{kHz} \\)인 주파수에 의해 회로의 최대 주파수가 결정돼?",
"본 논문에서 H.V 전압이 \\( 11 \\mathrm{~V} \\) 일 때 HB 전압을 몇 \\( \\mathrm{~V} \\) 로 놓고 부하를 연결해?",
"그림 14는 무엇의 출력 파형을 나타내?",
"그림 14는 무슨 전압이 \\( 11 \\mathrm{~V} \\) 일 때 측정한 결과야?",
"외부의 무엇에 의해 주파수가 \\( 5 \\mathrm{~V} \\) 까지 가변해?",
"그림 14에서 상승시간과 하강시간 중 상승시간이 더 짧아?",
"처음 정했던 기준에서 상승 및 하강시간은 \\(100 \\mathrm{~ns} \\)보다 짧아야 해?",
"무슨 전류를 상승 및 하강시간을 계산해서 얻어?",
"Isource와 Isink 중 무엇이 더 작아?",
"\\( 327.7 \\mathrm{mA}\\) 값을 갖는 전류는 Isource야?",
"그림 15는 무엇의 출력 파형을 나타내?",
"그림 15 는 네 가지 이상의 출력 파형을 나타내?",
"무엇을 공진시키기 위한 VHB 출력의 진폭이 \\( 10.9 \\mathrm{~V} \\) 이야?",
"LLC 공진 회로를 공진시키기 위한 무엇의 진폭이 \\( 10.9 \\mathrm{~V} \\)야?",
"그림 16 은 UVLO의 무슨 파형을 나타내?",
"VHV 입력이 상승 하면서 인가되었을 경우에 왜 Vout 출력이 높아져?",
"VHV 입력이 \\( 8.1 \\mathrm{~V} \\) 이하일 때 무슨 출력이 Off돼?",
"언제 즉각적으로 fault 신호가 low가 되어서 클럭 생성기의 동작을 멈춰?",
"fast fault 입력이 기준 전압보다 낮아지면 LVG 출력은 무슨 동작을 거쳐?",
"그림 19는 fault detector의 무슨 동작을 보여?",
"그림 16의 동작 조건이 뭐야?",
"VCC 입력이 몇 \\( \\mathrm{~V} \\) 로 인가될 때 내부 회로가 \\( 9.1 \\mathrm{~V} \\) 이상의 전압에서 동작해?",
"내부 회로는 몇 \\( \\mathrm{~V} \\) 이상의 전압에서 동작해?",
"VCC 입력이 \\( 0 \\mathrm{~V} \\) 에서 \\( 15 \\mathrm{~V} \\) 로 인가되면 무슨 출력이 점진적으로 증가해?",
"VHB 출력의 진폭은 \\( 10.9 \\mathrm{~V} \\) 일 때 VBOOT의 전압이 몇 \\(\\mathrm{~V} \\)야?",
"UVLO 회로는 신뢰성을 확보하고 무엇을 보호해?",
"그림 17은 정해진 동작 조건에서 무엇의 동작 파형을 나타내?",
"무슨 입력이 상승 하면서 인가될 때 Vout 출력이 높아져?",
"VHV 입력이 몇 \\( \\mathrm{~V} \\) 이하일 때 HB 출력이 off돼?",
"VHV 의 입력에 대한 무슨 전압을 Rlower을 조정해서 가변이 가능해?",
"무엇을 조정해서 VHV 의 입력에 대한 ON, OFF 전압을 가변해?",
"fault detector의 무슨 동작을 그림 18에서 나타내?",
"그림 18은 무엇의 fast fault 동작을 보여?",
"fast fault 입력이 기준 전압보다 커지면 무슨 출력이 나타나지 않아?",
"fast fault 입력이 기준 전압보다 낮아질 때 HVG, LVG 출력은 정상 주파수로 무엇을 내보내?",
"VCC 입력이 \\( 8 \\mathrm{~V} \\)일 때 HVG, LVG 출력이 Off돼?",
"VCC 입력이 \\( 8.7 \\mathrm{~V} \\) 이하로 감소하게 되면 무슨 출력이 OFF돼?",
"UVLO 회로는 어떻게 신뢰성을 확보해?",
"fast fault 회로는 무슨 전압을 감지하고 피드백을 통해 클럭 생성기의 동작을 특정 전압 이상이 되면 멈춰?",
"fast fault 회로는 특정전압 이상이 되면 무엇의 동작을 즉각적으로 멈춰?",
"언제 HVG, LVG 출력이 정상 주파수로 클럭 신호를 내보내?",
"fast fault 입력이 기준 전압보다 커지면 fault 신호가 무엇이 돼?",
"왜 slow fault 회로는 왜 1 차 측에 흐르는 전류를 전압으로 변환하여 \\( 4 \\mathrm{~V} \\) 가 되면 클럭을 off시켜?",
"과전류가 1 차 측의 LLC 공진회로에 발생하면 회로는 과열돼?",
"입력이 일정시간 동안 유지될 경우 어디에 전압이 증가해?",
"slow fault 회로는 1 차 측에 흐르는 전류를 무엇으로 변환해?",
"언제 fault detector R, C 양단에 전압이 증가해?",
"무엇이 제거되면 R, C 시정수에 따라 방전이 발생해?",
"입력 전압이 몇 \\( \\mathrm{~V} \\) 에 도달하면 soft start 동작을 거치면서 클럭을 발생해?",
"입력이 제거되면 무엇에 따라 방전이 일어나?",
"16 to \\( 1 \\mathrm{MUX} \\) 회로는 바이어스 회로와 무엇을 관찰해?",
"VHV 입력이 상승 하면서 인가되면 \\( 8.6 \\mathrm{~V} \\) 이상의 전압에서 어떻게 Vout이 높아져?"
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인공물ED
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\(0.35 \mathrm{um}\) \(2\)P\(3\)M BCD 공정을 이용한 LLC 공진 제어 IC 설계
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<h1>II. 본 론</h1><h2>1. 블록도</h2><p>제안하는 LLC 공진 제어기의 기본 구조는 그림 1 과 같다. 위의 구조는 내부의 제어 회로와 IGBT 구동을 위한 높은 전압을 제공하기 위해서 \( 5 \mathrm{~V} \) 전압과 \( 15 \mathrm{~V} \) 두 가지 전압을 사용한다. LLC 공진 제어기의 구성 블 록은 크게 클럭 생성기와 IGBT를 구동하기 위한 레벨 시표터 회로 및 드라이버 회로, LLC 공진 제어 IC 및 전체 회로의 둥작을 보호하기 위한 fault detector, UVLO, brown out등의 보호 회로로 구성되어 있다.</p><h2>2. 각 구성 블록</h2><p>가. 클럭 생성기</p><p>그림 2 는 설계된 클럭 생성기의 블록다이어그램을 나타낸다. 클럭 생성기의 주파수는 기본적으로 전류에 의해서 커패시터에 충 - 방전되는 전압 기울기에 따라서 결정된다. 전류 ic의 크기는 soft start \& VI 컨버터 블 록을 통해 연견되어 있는 외부 소자 RT, RFMAX, \( \mathrm{CSS} \) 에 의해서 조절이 가능하며 또한 \( \mathrm{FB} \) 노드의 전압 에 의해서 조절이 가능하다. 전류 \( \mathrm{i}_{\mathrm{s}} \) 는 외부저항 \( \mathrm{RDT} \) 에 의해서 조절이 가능하다. LLC 공진 회로를 핸들링 하 려면 주파수가 여러 가지 조건에 의해서 가변 가능하도 록 설계를 하여야 하는데 이를 충족하기 위해서 soft start \& VI 컨버터 회로를 구성하였다. Soft Start \& VI 컨버터 회로는 \( \mathrm{i}_{c} \) 전류를 외부 저항 \( \mathrm{RT} \) 를 사용해 고 정시킬 수 있고, \( \mathrm{FB} \) 에 입력되는 전압의 크기에 의해서 가변 가능하며 RFMAX를 통해서 가변 가능한 최대 주 파수를 결정할 수 있다. 또한 초기 동작이나 보호회로 동작 후 복귀시 \( \mathrm{Css} \) 에 일정전압까지 충전되는 동안 \( \mathrm{i}_{c} \) 전류를 조절하여 soft start 동작이 가능하도록 해준다.</p><p>그림 3 는 \( \mathrm{i}_{\mathrm{c}} \), \( \mathrm{i}_{s} \) 전류에 의해서 발생하는 톱니파를 나타 낸다. 일정 전류 \( \mathrm{i}_{c} \) 로 \( \mathrm{C} \) 에 충전이 시작되면 \( \mathrm{C} \) 전압은 선 형적으로 상숭하게 되고 \( \mathrm{Vth}+ \) 전압에 도달하면 \( \mathrm{SR} \) 래 치의 출력 \( \mathrm{Q} \) 는 high, \( \mathrm{Q}^{\prime} \) 는 low가 되어 트랜스미션 게 이트의 스위치를 \( \mathrm{ON} \) 시켜 \( \mathrm{C} \) 의 전하를 \( \mathrm{i}_{\mathrm{s}} \) 의 전류로 방전 시킨다. 방전되는 동안 \( \mathrm{C} \) 의 전압이 \( \mathrm{Vth} \)-와 같아지게 되면 트랜스미션 게이트가 \( \mathrm{OFF} \) 되고 다시 \( \mathrm{i}_{\mathrm{c}} \) 의 전류로 충전을 하며 그림 3 에 보이는 것과 같은 톱니파를 발생 하게 된다. 이때 SR latch의 출력은 그림 3 의 아래에서 보는 것과 같이 나타나는데 이 출력을 이용한 드라이빙 로직회로에서는 두 개의 서로 반전된 데드타임을 갖는 \( \mathrm{A}, \mathrm{B} \) 신호를 발생시켜 클럭 생성기의 최종 출력으로 사용된다. 전류 \( \mathrm{ic} \) 는 상승 기울기를 \( \mathrm{i}_{\mathrm{s}} \) 는 하강 기울기를 결정하게 되며 하강 기울기의 시간에 따라서 데드타임 이 결정된다. 외부 저항 \( \mathrm{RT} \) 에 대한 \( \mathrm{f}_{\text {out }} \) 의 주파수는 수 식 (1)로 나타낼 수 있다.</p><p>\( \begin{aligned} f_{\text {out }} &=\frac{1}{2 \cdot C \cdot\left(\frac{1}{i_{c}}+\frac{1}{i_{s}}\right) \cdot\left(V_{T H P}-V_{T H N}\right)} \\ &=\frac{1}{2 \cdot C \cdot\left(\frac{R_{T}}{V_{R E F}}+\frac{1}{i_{s}}\right) \cdot\left(V_{T H P}-V_{T H N}\right)} \end{aligned} \) undefined</p><p>나. HVG, LVG 드라이버</p><p>그림 4 는 제안하는 \( \mathrm{HVG}, \mathrm{LVG} \) 드라이버의 블록 다 이어그램울 나타낸다.</p><p>클럭 생성기로부터 출력되는 \( 5 \mathrm{~V} \) 의 clock 신호를 \( \mathrm{A} \), \( \mathrm{B} \) 로 입력 받아 외부의 LLC 공진 탱크에 전류를 공급하 기 위한 IGBT를 구동시키기 위해서 높은 전압과 전류 를 갖는 신호로 바꿔주게 된다. 그림 5의 레벨 시프터 를 통해서 LDMOS를 구동할 수 있도록 클럭 생성기의 \( 5 \mathrm{~V} \) 출력진폭을 \( 15 \mathrm{~V} \) 의 출력 진폭으로 변환한다.</p><p>외부에 연결된 입력 커패시턴스가 큰 IGBT T1, T2 를 구동하기 위해 \( \mathrm{M} 3, \mathrm{M} 4, \mathrm{M} 7, \mathrm{M} 8 \) 은 W/L이 \( 1.128 \) \( \mathrm{mm} / 1.8 \mathrm{um} \) 의 고전압 LDMOS를 사용하였다. LDMOS 의 입력 커패시턴스가 크기 때문에 레벨 시프터의 출력 전류만으로 부족하므로 별도로 I1, \( \mathrm{I} \), I3, I4 전류원을 사용하여 \( \mathrm{M} 3, \mathrm{M} 4, \mathrm{M} 7, \mathrm{M} 8 \) 의 입력을 구동하는 방식으 로 설계를 하였다. W/L이 큰 고전압 LDMOS를 사용하 여 큰 입력 커패시턴스를 갖는 IGBT에 대해 빠른 상숭 시간과 하강시간 및 높은 source/sink 전류를 제공할 수 있게 된다. 본 설계에서는 IBGT의 입력 커패시턴스 를 \( 2 \mathrm{nF} \) 으로 가정하고 상숭 및 하강시간이 \( 100 \mathrm{~ns} \) 이내 가 되도록 설계하였다.</p><p>다. Protection 블록</p><ol type=1 start=1><li>UVLO (Under Voltage Lock Out)</li><p>그림 6은 제안하는 UVLO의 블록 다이어그램을 나타낸다. UVLO는 \( 15 \mathrm{~V} \) 의 전원 전압을 감지하여 VCC 전압이 \( 9 \mathrm{~V} \) 이상일 때 \( \mathrm{EN}=1 \) 이 되어 클럭 생성기에 enable 신호를 제공한다. VCC 전압이 \( 8.6 \mathrm{~V} \) 전압 미만이 되면 \( \mathrm{EN}=0 \) 이 되어 클럭 생성기에 disable 신호를 제공하여 클럭 생성기의 동작을 off 시킨다.</p><p>turn on, turn off되는 전압은 저항 R1, R2, R3에 의해서 결정되고, 본 설계에서는 레이아웃의 매칭 특성을 고려하여 UVLO의 내부 저항을 멀티핑거(multi-finger) 형태로 layout을 하였다. 수식 (2), (3)은 R1, R2, R3에 의한 UVLO의 turn on, turn off 전압을 나타낸다.</p><p>\( V O F F: V a=V C C \cdot\left(\frac{R 2+R 3}{R 1+R 2+R 3}\right)<V R E F \)<caption>(2)</caption><p>\( V O N: V a=V C C \cdot\left(\frac{R 2}{R 1+R 2}\right)>V R E F \)<caption>(3)</caption></p><li>Brown out</li><p>그림 7은 제안하는 Brown out의 블록 다이어그램을 나타낸다. Rupper, Rlower는 외부 저항을 나타낸다. H.V 전압을 감지하여 일정 전압 아래로 떨어질 때 BOEN 신호를 low가 되어 클럭 생성기의 disable 신호를 제공하여 동작을 멈추게 한다. UVLO 회로와 동작하는 방식이 비슷하지만 UVLO의 경우 내부 저항에 의해서 on, off 전압이 지정되어 있는 반면, Brown out에서는 외부 저항 Rupper, Rlower를 사용하여 on, off 전압의 튜닝이 가능하다. 수식 (4), (5)는 외부저항 Rupper, Rlower에 의한 VON, VOFF 전압을 나타낸다.</p><p>VON: \( V_{H V}>V_{B O} \cdot\left(\frac{R_{\text {upper }}}{R_{\text {lower }}}+1\right) \)<caption>(4)</caption></p><p>VOFF: \[ V_{H V}<\left(\frac{R_{\text {upper }}}{R_{\text {lower }}}+1\right) \cdot\left(V_{B O}-I B d\left(\frac{R_{\text {lower }} \times R_{\text {upper }}}{R_{\text {lower }}+R_{\text {uppcr }}}\right)\right) \]<caption>(5)</caption></p><li>Fault detector</li><p>그림 8은 제안하는 Fault detector의 블록다이어그램을 나타낸다. Fault detector는 외부의 1 차 측과 2 차 측의 전압을 감지하여 과전압에 대해서 클럭 생성기의 동작을 멈추게 하여 출력 측에 전압을 떨어트리는 역할을 하게 된다. 또한 1 차 측의 공진회로에 흐르는 전류를 감지하여 높은 전류가 흐를 때 클럭 생성기의 동작을 제어한다. Fast Fault는 입력 즉시 FEN 신호를 low로 하여 클럭 생성기의 동작을 즉각적으로 멈추게 하고, Slow Fault는 Ctimer에 연결되는 병렬 R, C 값에 의해서 Slow fault 입력이 일정시간 지속될 경우 클럭 생성기의 동작이 멈추도록 한다.</p></ol>
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"본 논문의 내용 중 \\( \\mathrm{HVG}, \\mathrm{LVG} \\) 드라이버의 블록 다이어그램을 어느 그림에서 설명하고 있어?",
"본 논문에서 UVLO가 클럭 생성기에 enable 신호를 제공하는 방법이 뭐니?",
"VCC 전압이 클럭 생성기의 동작을 off 시키는 방법은 뭐지?",
"다음 논문에서는 VCC 전압이 클럭 생성기에 신호를 제공하여 동작을 off 시키려면 \\( 몇 \\mathrm{~V} \\) 전압 미만이 되어야 하지?",
"논문의 내용 중 VCC 전압이 클럭 생성기에 disable 신호를 제공하면 클럭 생성기의 동작은 off 와 on 중 어느 것을 작동하지?",
"본 논문의 설계에서 왜 UVLO의 내부 저항을 멀티핑거 형태로 layout을 하였어?",
"논문 안에서 수식 (2)가 나타내는 게 뭐야?",
"본 논문에서는 두 개의 서로 반전된 데드타임을 갖는 어떤 신호를 SR latch의 출력을 이용한 드라이빙 로직회로에서 발생 시켰을까?",
"논문 내용 중에서 두 개의 서로 반전된 데드타임을 갖는 \\( \\mathrm{A}, \\mathrm{B} \\) 신호를 SR latch의 출력을 이용한 드라이빙 로직회로에서 발생시켜 어디의 최종 출력으로 사용될까?",
"본 논문에서 전류 \\( \\mathrm{ic} \\) 는 상승 기울기와 하강 기울기 중 어떤 기울기를 선택하지?",
"논문에서 상승 기울기와 하강 기울기 중, 상승 기울기로 결정하는 전류는 뭐야?",
"논문에서 하강 기울기를 선택하게 되어 기울기의 시간에 맞춰 데드타임이 결정되는 전류는 뭘까?",
"본 논문에서 전류 \\( \\mathrm{ic} \\) 는 상승 기울기를 선택하게 되며 기울기의 시간에 맞춰 데드타임이 결정되는데, 전류 \\( \\mathrm{i}_{\\mathrm{s}} \\) 는 어떤 기울기를 결정하게 되지?",
"본 논문에서 \\( \\begin{aligned} f_{\\text {out }} &=\\frac{1}{2 \\cdot C \\cdot\\left(\\frac{1}{i_{c}}+\\frac{1}{i_{s}}\\right) \\cdot\\left(V_{T H P}-V_{T H N}\\right)} \\\\ &=\\frac{1}{2 \\cdot C \\cdot\\left(\\frac{R_{T}}{V_{R E F}}+\\frac{1}{i_{s}}\\right) \\cdot\\left(V_{T H P}-V_{T H N}\\right)} \\end{aligned} \\) undefined 의 수식은 어떤 내용을 설명하고 있니?",
"본 논문의 내용 중 그림 4 는 무엇을 나타내고자 하고 있지?",
"논문에서는 클럭 생성기로부터 출력되는 \\( 5 \\mathrm{~V} \\) 의 clock 신호를 외부의 LLC 공진 탱크에 전류를 절달하기 위한 IGBT를 작동 시키려고 어떻게 했니?",
"본 논문에서 제안하는 \\( \\mathrm{HVG}, \\mathrm{LVG} \\) 드라이버의 블록 다이어그램의 실험 과정에서는 왜 높은 전류와 전압을 갖는 신호로 바꿔주게 됐니?",
"논문에서는 클럭 생성기로부터 출력되는 \\( 5 \\mathrm{~V} \\) 의 신호를 \\( \\mathrm{A} \\), \\( \\mathrm{B} \\) 로 입력 받아 어디에 전류를 공급하니?",
"본 논문에서 \\( \\mathrm{RT} \\) 외부 저항에 대한 \\( \\mathrm{f}_{\\text {out }} \\) 의 주파수를 어디에서 나타내고 있지?",
"본 논문에서 LLC 공진 제어기의 구조를 나타내고 있는 그림은 뭐야?",
"다음 논문에서 그림 1은 무엇을 나타내고 있을까?",
"본 논문에서 LLC 공진 제어기 구조 내부에서는 왜 \\( 5 \\mathrm{~V} \\) 전압과 \\( 15 \\mathrm{~V} \\) 두 가지 전압을 사용할까?",
"논문에서 제안하는 LLC 공진 제어기의 구조 내부에 제어 회로와 IGBT 구동을 위한 높은 전압을 제공하기 위해서 사용하는 두 가지 전압은 뭐야?",
"본 논문에서 제안하는 LLC 공진 제어기의 구조를 나타낸 것이 그림 2 일까?",
"논문에서 그림 2는 무엇을 나타내고 있을까?",
"논문 내용 중 설계된 클럭 생성기의 블록다이어그램을 설명하고 있는 그림은 뭘까?",
"논문에서 LLC 공진 제어기의 구성 블록 중 클럭 생성기와 IGBT를 구동하기 위한 블록이 뭐지?",
"다음 논문의 내용 중에서 LLC 공진 제어 IC 및 전체 회로의 동작을 보호하기 위한 LLC 공진 제어기의 구성 블록은 뭘까?",
"본 논문의 LLC 공진 제어기 구조 내부에 제어 회로와 IGBT 구동을 위한 높은 전압을 제공하기 위해서 몇 가지 전압을 사용하지?",
"기본적으로 전류에 의해서 커패시터에 충 - 방전되는 전압의 기울기에 따라서 결정되는 것은 뭐야?",
"본 논문에서 \\( \\mathrm{FB} \\) 노드의 전압에 의해서 조절이 가능하며 soft start \\& VI 컨버터 블록을 통해 연견되어 있는 외부 소자 RT, RFMAX, \\( \\mathrm{CSS} \\) 에 의해서 조절이 가능한 것은 뭐야?",
"논문의 내용 중 LLC 공진 회로를 핸들링 하 려면 어떻게 설계를 하여야 하니?",
"논문에서 soft start \\& VI 컨버터 블록을 통해 연결되어 있으며 전류 ic의 크기 조절이 가능한 것은 뭐니?",
"다음 논문에서 클럭 생성기의 주파수는 기본적으로 무엇에 따라서 결정됩니까?",
"LLC 공진 회로를 핸들링 하 려면 주파수가 여러 가지 조건에 의해서 가변 가능하도록 설계를 하여야 하는데 이 조건을 만족하기 위해서 본 실험에서는 어떻게 했니?",
"논문에서 외부저항 \\( \\mathrm{RDT} \\) 에 의해서 조절이 가능한 전류는 뭐야?",
"본 논문에서 전류 \\( \\mathrm{i}_{\\mathrm{s}} \\) 는 무엇에 의하여 조절이 가능하지?",
"Soft Start \\& VI 컨버터 회로는 초기 동작이나 보호회로 동작 후 복귀시 \\( \\mathrm{Css} \\) 에 일정 전압까지 충전 되는 동안 \\( \\mathrm{i}_{c} \\) 전류를 조절하여 무엇이 가능하게 도와주니?",
"논문에서 Soft Start \\& VI 컨버터 회로는 \\( \\mathrm{i}_{c} \\) 전류는 무엇을 사용하여 고정 시키지?",
"Soft Start \\& VI 컨버터 회로는 \\( \\mathrm{FB} \\) 에 입력되는 전압의 크기에 의해서 무엇이 가능할까?",
"본 실험 과정 중에서 왜 soft start \\& VI 컨버터 회로를 구성하였을까?",
"Soft Start \\& VI 컨버터 회로는 무엇에 입력되는 전압의 크기에 의해서 가변 가능하니?",
"논문 내용 중 외부 저항 \\( \\mathrm{RT} \\) 를 사용해 \\( \\mathrm{i}_{c} \\) 전류를 고 정시킬 수 있는 회로가 뭐야?",
"본 논문에서 Soft Start \\& VI 컨버터 회로는 \\( \\mathrm{FB} \\) 에 입력되는 전압의 크기에 의해서는 가변이 가능한데 RFMAX를 통해서는 무엇을 결정할 수 있습니까?",
"Soft Start \\& VI 컨버터 회로는 초기 동작이나 보호회로 동작 후 복귀시 \\( \\mathrm{Css} \\) 에 일정전압까지 충전되는 동안 \\( \\mathrm{i}_{c} \\) 무엇을 조절하여 soft start 동작이 가능하게 하는가?",
"본 논문에서 Soft Start \\& VI 컨버터 회로는 \\( \\mathrm{FB} \\) 에 입력되는 전압의 크기에 의해서 가변이 가능한데 무엇을 통해서 가변 가능한 최대 주파수를 결정하지?",
"논문에서 Soft Start \\& VI 컨버터 회로는 초기 동작이나 보호회로 동작 후 복귀시 무엇에 일정전압까지 충전되는 동안 \\( \\mathrm{i}_{c} \\) 전류를 조절하여 soft start 동작이 가능하도록 돕지?",
"본 논문의 내용 중 그림 3 은 설계된 클럭 생성기의 블록다이어그램을 나타내니?",
"논문 내용 중 \\( \\mathrm{i}_{\\mathrm{c}} \\), \\( \\mathrm{i}_{s} \\) 전류에 의해서 발생하는 톱니파를 설명하고 있는 그림은 뭐야?",
"본 논문에서 그림 3은 무엇을 나타내고 있지?",
"본 논문에서 일정 전류 \\( \\mathrm{i}_{c} \\) 로 \\( \\mathrm{C} \\) 에 충전이 시작되면 어떤 전압이 선 형적으로 상승할까?",
"일정 전류 \\( \\mathrm{i}_{c} \\) 로 \\( \\mathrm{C} \\) 에 충전이 시작되면 \\( \\mathrm{C} \\) 의 전하를 \\( \\mathrm{i}_{\\mathrm{s}} \\) 의 전류로 방전 시키는데 이때 무엇의 전압이 \\( \\mathrm{Vth} \\)-와 같아지게 되면 트랜스미션 게이트가 \\( \\mathrm{OFF} \\) 되고 톱니파를 발생 하게 되지?",
"논문에서 일정 전류 \\( \\mathrm{i}_{c} \\) 로 \\( \\mathrm{C} \\) 에 충전이 시작되면 \\( \\mathrm{C} \\) 전압은 어떤 반응이 발생하니?",
"논문에서는 일정 전류 \\( \\mathrm{i}_{c} \\) 로 \\( \\mathrm{C} \\) 에 충전이 시작되면 \\( \\mathrm{C} \\) 의 전하를 \\( \\mathrm{i}_{\\mathrm{s}} \\) 의 전류로 방전 시키는데, 방전되는 동안 \\( \\mathrm{C} \\) 의 전압이 \\( \\mathrm{Vth} \\)-와 같아지게 되면 트랜스미션 게이트는 어떤 상태가 될까?",
"다음 논문 내용 중 일정 전류 \\( \\mathrm{i}_{c} \\) 로 \\( \\mathrm{C} \\) 에 충전이 되기 시작하면 \\( \\mathrm{C} \\) 의 전하를 \\( \\mathrm{i}_{\\mathrm{s}} \\) 의 전류로 방전 시키는데 그동안 \\( \\mathrm{C} \\) 의 전압이 \\( \\mathrm{Vth} \\)-와 같아지게 되면 트랜스미션 게이트가 \\( \\mathrm{OFF} \\) 될 때 무엇이 발생 하게 되니?",
"다음 논문 중 SR latch의 출력은 어느 그림에서 볼 수 있지?",
"논문의 실험 과정 중 \\( \\mathrm{M} 3, \\mathrm{M} 4, \\mathrm{M} 7, \\mathrm{M} 8 \\) 은 왜 고전압 LDMOS를 사용 하였을까?",
"본 논문에서는 레벨 시프터는 그림 5와 그림 3 중 어디에서 나타내고 있어?",
"본 논문의 실험에서는 왜 I1, \\( \\mathrm{I} \\), I3, I4 전류원을 별도로 사용하여 \\( \\mathrm{M} 3, \\mathrm{M} 4, \\mathrm{M} 7, \\mathrm{M} 8 \\) 의 입력을 작동하는 방법으로 설계했지?",
"본 논문에서는 그림 5에 나타내고 있는 레벨 시프터를 통해 LDMOS를 구동할 수 있도록 클럭 생성기의 출력 진폭을 변환하고 있는데 이때 \\( 5 \\mathrm{~V} \\) 출력 진폭을 몇 출력의 진폭으로 바꿔주고 있니?",
"본 논문에서는 LDMOS 의 입력 커패시턴스가 크기 때문에 레벨 시프터의 출력 전류만으로 부족한 단점을 어떻게 보완했니?",
"논문에서 일정 전류 \\( \\mathrm{i}_{c} \\) 로 \\( \\mathrm{C} \\) 에 충전이 시작되면 \\( \\mathrm{C} \\) 전압은 선형적으로 상승하게 되고 \\( \\mathrm{Vth}+ \\) 전압에 도달하면 \\( \\mathrm{SR} \\) 래치의 출력 \\( \\mathrm{Q} \\) 는 high, \\( \\mathrm{Q}^{\\prime} \\) 는 low가 되어 트랜스미션 게 이트의 스위치를 \\( \\mathrm{ON} \\) 시켜 \\( \\mathrm{C} \\) 의 전하를 \\( \\mathrm{i}_{\\mathrm{s}} \\) 의 무엇으로 방전 시킬까?",
"본 논문에서 큰 입력 커패시턴스를 갖는 IGBT에 대해 빠른 상승시간과 하강시간 및 높은 source/sink 전류를 제공할 수 있으려면 무엇을 이용하여야 하지?",
"논문에서는 LDMOS 의 입력 커패시턴스가 크기 때문에 별도로 I1, \\( \\mathrm{I} \\), I3, I4 전류원을 사용하여 \\( \\mathrm{M} 3, \\mathrm{M} 4, \\mathrm{M} 7, \\mathrm{M} 8 \\) 의 입력을 구동하는 방식으로 하였는데, 본 설계에서는 IBGT의 입력 커패시턴스를 무엇으로 가정하고 설계하였니?",
"논문 내용에서 UVLO \\( 15 \\mathrm{~V} \\) 의 전원 전압을 감지하여 \\( \\mathrm{EN}=1 \\) 이 되어 클럭 생성기에 신호를 전달하려면 VCC 전압은 몇 이상이어야 하니?",
"본 논문의 실험에서는 LDMOS의 입력 커패시턴스가 크기 때문에 별도로 I1, \\( \\mathrm{I} \\), I3, I4 전류원을 사용하여 \\( \\mathrm{M} 3, \\mathrm{M} 4, \\mathrm{M} 7, \\mathrm{M} 8 \\) 의 입력을 구동하는 방식으로 하였는데, 본 설계에서는 IBGT의 입력 커패시턴스를 \\( 2 \\mathrm{nF} \\) 으로 가정하고 상승 및 하강 시간이 \\( 몇 \\mathrm{~ns} \\) 이내 가 되도록 설계 하였는가?",
"논문 내용에서 UVLO는 \\( 15 \\mathrm{~V} \\) 의 전원 전압을 감지하여 클럭 생성기에 enable 신호를 제공하는데 이때 VCC 전압이 \\( 9 \\mathrm{~V} \\) 이상일 때 어떤 식이 완성 되어야 신호를 제공할 수 있니?",
"논문 내용 중에서 R1, R2, R3에 의한 UVLO의 turn on, turn off 전압을 자세히 설명하고 있는 수식은 뭘까?",
"본 논문의 수식 중 외부저항인 Rupper와 Rlower에 의한 VON, VOFF 전압을 설명하고 있는 수식은 뭐야",
"본 논문의 실험 내용 중 수식 (4)와 (5)가 설명하고 있는 건 뭐니?",
"본 논문에서 내부 저항에 의해서 on, off 전압이 정해지는 것이 아니라 외부 저항 Rupper, Rlower를 사용하여 on, off 전압의 튜닝이 가능한 것은 뭐야?",
"논문의 내용 중 SR latch의 출력을 이용한 어떤 회로에서 두 개의 서로 반전된 데드타임을 갖는 \\( \\mathrm{A}, \\mathrm{B} \\) 신호를 발생시키니?",
"본 논문의 그림 5에 나오고 있는 레벨 시프터를 이용하여 무엇을 구동할 수 있지?",
"논문의 실험중 클럭 생성기의 \\( 5 \\mathrm{~V} \\) 출력 진폭을 왜 \\( 15 \\mathrm{~V} \\) 의 진폭으로 다르게 바꾸어 주지?",
"본 논문에서 그림 6이 나타내는 것은 뭘까?",
"본 논문에 나오는 그림 7은 무엇을 설명하고 있니?",
"Brown out의 블록 다이어그램은 논문 내용 중 어디에 나타나 있지?",
"Rupper와 Rlower는 논문에서 무엇을 나타내지?",
"논문 실험에서는 어떤 저항 값에 의해서 turn on, turn off되는 전압이 결정 되는가?",
"Brown out이 UVLO 회로와 동작하는 방식이 비슷하지만 다른 점은 무엇일까?",
"본 논문의 내용에서 H.V 전압을 감지하여 일정 전압 아래로 떨어질 때 어떤 신호가 클럭 생성기의 disable 신호를 제공 하는가?",
"논문 내용에서 제안하는 UVLO의 블록 다이어그램은 어디에 상세히 나타나 있니?",
"논문에서 Fault detector이 클럭 생성기의 동작을 멈추게 하여 전압을 떨어트리는 역할을 하는 것은 무엇에 대한 것인가?",
"본 논문의 실헐에서 제안 하고있는 Fault detector의 블록다이어그램을 그림으로 자세히 설명하고 있는 곳은 어디지?",
"본 논문의 내용 중 그림 8은 어떤 것을 설명하고 있는가?",
"논문에서는 Fault detector가 클럭 생성기의 실행을 멈추게 하여 전압을 떨어트리는 역할을 하기도 하는데 이것은 외부의 1 차 측과 2 차 측의 무엇을 감지한 결과가 나타난 걸까?",
"본 논문에서 Fault detector는 외부의 1 , 2 차 측의 전압을 감지하여 클럭 생성기의 동작을 멈추게 하여 전압을 떨어트리는 역할을 하게 되는데, 이때 1 차 측의 공진 회로에 흐르는 전류를 감지하여 클럭 생성기의 동작을 제어 하는 것은 언제인가?",
"논무에서 Fault detector는 외부의 1 , 2 차 측의 전압을 감지하여 클럭 생성기의 동작을 멈추게 하여 전압을 떨어트리는 역할을 하게 되는데, 이때 1 차 측의 어떤 회로에 흐르는 전류를 감지하여 클럭 생성기의 동작을 제어 할까?",
"논문의 내용에서 Fast Fault는 클럭 생성기의 동작을 바로 멈추게 하기 위해 입력시 어떤 신호를 low로 하지?",
"논문에서 Fast Fault는 입력시 즉각 FEN 신호를 low로 하여 클럭 생성기의 실행을 바로 멈추게 한다면 Slow Fault는 어떤 경우 클럭 생성기의 동작이 멈추도록 합니까?"
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f5b9b500-6857-496e-85a7-1204fe63f884
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인공물ED
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\(0.35 \mathrm{um}\) \(2\)P\(3\)M BCD 공정을 이용한 LLC 공진 제어 IC 설계
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<h1>I. 서 론</h1><p>오늘날 대부분의 가전 기기와 컴퓨터의 ATX(Advanced Technology Extended) 파워 내부에는 높은 전력 밀도와 효율적인 DC/DC 전압 변환을 위해서 높은 주파수를 사용하여 전압을 변환한다. 높은 주파수를 사용함에 따라서 스위칭에 의한 높은 전류 스파이크에 의한 EMI에 대한 영향과 스위칭 손실을 감소시킬 수 있다. 또한 트랜스포머나 인덕터, 커패시터와 같은 리액티브 소자들의 부피를 줄일 수 있어 노트북이나 어댑터 LCD TV 와 같이 슬림하고 작은 부피를 요구하는 제품들에 적용이 가능하다. LCD 모니터나 TV, 오디오에서 전압 변환시 높은 EMI 영향은 화질, 음질에 영향을 미쳐 성능의 저하가 나타날 수 있다. 공진형 컨버터의 공진회로를 제어하기 위해서는 위해서 공진주파수에 해당하는 클럭을 제공하는 회로가 필요하게 되는데 개별 소자를 사용하거나 마이크로 컨트롤러를 사용하여 동작을 제어할 수 있다. 하지만 개별 소자를 사용할 경우 회로가 복잡해지고 회로가 제어 회로가 차지하는 면적이 증가하게 되고, 마이크로 컨트롤러는 외국 기술에 주로 의존하고 있기 때문에 사용하기 위해 비싼 값을 지불해야 한다. 본 논문에서는 LLC 공진탱크 회로를 제어하기 위한 LLC 공진 제어회로를 하나의 칩으로 구현하여 LLC 공진 회로를 제어하는데 있어 기본적으로 필요한 회로 들을 설계하였다. LLC 공진 제어 IC 는 \( 0.35 \mathrm{um} \) 2P3M BCD 공정을 사용하여 설계 하였다.</p>
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"ATX 파워 내부에서는 낮은 주파수를 이용해 전압을 변환해?",
"오늘날에는 소수의 가전 기기에서만 효율적인 DC/DC 전압 변환을 위해서 높은 주파수를 사용해?",
"높은 전력 밀도를 위해서는 고주파수가 필요해?",
"DC/DC 전압 변환의 효율을 낮추려면, 고주파수를 이용해야 해?",
"높은 주파수를 이용하면 스위칭 손실이 늘어나?",
"높은 전류 스파이크에 의한 EMI에 대한 영향을 줄이려면, 다음 중 어느 주파수를 사용해야 해?",
"높은 주파수를 쓰면, 트랜스포머의 부피를 줄일 수 있어?",
"고주파수를 사용하면 인덕터의 부피를 증가시킬 수 있기 때문에 노트북에 적용 가능해?",
"어댑터 LCD TV는 큰 부피의 리액티브 소자가 필요해?",
"인덕터의 부피가 줄어들면 슬림한 노트북에 적용할 수 있어?",
"오디오에서 전압을 바꿀 때, EMI가 높으면 음질이 나빠질 수 있어?",
"LCD 모니터에서 전압을 바꿀 때, EMI가 높으면 화질이 안 좋아질 수 있어?",
"TV에서 전압을 바꿀 때, 높은 EMI는 성능 유지에 도움이 돼?",
"어떤 컨버터의 공진회로를 통제하려면 클럭을 제공하는 회로가 필요해?",
"마이크로 컨트롤러를 쓰면 공진회로를 제어할 수 있어?",
"그룹 소자를 사용하면 공진회로를 통제할 수 있어?",
"개별 소자 사용 시, 회로가 단순해져?",
"개별 소자 사용 시, 제어 회로가 차지하는 면적이 감소해?",
"마이크로 컨트롤러는 주로 국내 기술에 의존하고 있어?",
"개별 소자를 사용하게 되면 지불해야 하는 비용이 늘어나?",
"본 논문에서는 LLC 공진 제어회로를 여러개의 칩으로 구현했어?",
"LLC 공진탱크 회로를 제어하는 회로의 이름은 뭐야?",
"본 논문에서는 LLC 공진 회로를 제어하는 데 있어 기본적인 것 외에 부가적으로 필요한 회로들도 설계했어?",
"LLC 공진 제어 IC 는 어떤 공정을 사용해 설계했어?"
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인공물ED
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광촉매 반응을 이용한 총유기탄소 분석 칩
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<h1>2. 연구 방법</h1><h2>2.1 TOC 분석 칩 설계</h2><p>위에서 언급했듯이 다양한 유기물을 선택적으로 측정하기 어렵기 때문에 유기물을 측정하기 위해 유기분자를 분해하여 정량적으로 측정될 수 있는 단일 분자 형태로 전환해야 한다.</p><p>그러나 유기물만 단일 분자 형태로 전환시키기 어렵기 때문에 총무기탄소를 \( \mathrm{CO}_{2} \) 로 전환하는 산성화와 총탄소를 \( \mathrm{CO}_{2} \) 로 전환하는 산화의 두 단계와 추가로 \( \mathrm{CO}_{2} \) 를 측정하는 단계를 이용하여 가감법 (Total Carbon-Inorganic Carbon, TC - IC)과 비정화성유기탄소 (Nonpurgeable Organic Carbon, NPOC) 측정법으로 총유기탄소를 측정한다. 산성액을 주입하여 시료를 산성화하는 단계와 달리 산화와 \( \mathrm{CO}_{2} \) 측정은 각각 물리적인 기술이 필요한 부분이다. 또한 산성화나 산화에 의해 발생된 \( \mathrm{CO}_{2} \) 는 유기탄소량에 비례하기 때문에 정확하고 선택적인 감지가 중요하다.</p><p>TOC 분석 칩은 그림 3관 같이 산화부와 측정부로 구성되었으며 아래 유리기판에 이산화티타늄 (titanium dioxide, \( \mathrm{TiO}_{2} \) ) 을 산화부에만 증착한 후 아래 기판과 윗 유리기판 사이에 TOC 분석 칩 내부 챔버의 용량을 결정짓는 Polydimethylsiloxane(PDMS) 를 부착하였다. PDMS의 두께는 칩의 높이를 결정하므로 \( 3 \mathrm{~mm} \)의 두께로 제작하였으며 산화부와 측정부 사이에는 PDMS를 \(2 \mathrm{mm} \) 로 형성하였다. 산화부와 측정부 사이의 얇은 PDMS는 소수성으로서 산화부에 주입된 시료와 측정부에 주입된 \( \mathrm{pH} \) 가 섞이지 않도록 하며 산화부와 측정부의 대기 농도를 공유하도록 설계하였다.</p><h2>2.2 TOC 분석 실험 설계</h2><p>프탈산 수소 칼륨 \( \left(\mathrm{C}_{8} \mathrm{H}_{5} \mathrm{O}_{4} \mathrm{~K}\right) \) 을 사용하여 제조된 시료는 산화부에 PDMS에 주사기로 주입하고 \(\mathrm{pH} \) 지시약을 측정부 PDMS 에 주사기로 주입 후 입구를 밀봉하였다. TOC 분석 칩 산화부에 증착된 \( \mathrm{TiO}_{2} \) 에 \( 365 \mathrm{~nm} \) 파장의 UV (ultra-violet) 광을 조사하여 광촉매 반응을 일으키고 광촉매 반응에 의해 프탈산 수소 칼륨이 \( \mathrm{CO}_{2} \) 가스로 분해 된다. 분해된 \( \mathrm{CO}_{2} \) 는 측정부 용액에 영향을 주어 용액의 산성도가 낮아지게되며, 산성도에 변화에 의해 pH 지시약의 색이 변화되며 이를 광학적으로 검출한다.</p><h2>2.3 산화부 설계</h2><p>산화부는 그림 4 와 같이 광촉매 반응을 일으키는 \( \mathrm{TiO}_{2} \) 를 증착하여 구성하였다. 광촉매는 이름에도 나타나듯이 빛을 이용하여 다른 반응 속도에 영향을 주는 촉매이다. 일반적인 촉매는 스스로 반응에 참가하지 않으면서 반응속도를 빠르게 하거나 느리게 하기 때문에 지속적인 이용이 가능하다. 광촉매의 특성 중 하나는 빛이 촉매역할을 하는 것이 아니라 특정한 물질들이 빛을 받아 광촉매 반응을 일으킨다는 점이다. 광촉매는 기존의 촉매와 달리 반응 원리 및 메커니즘이 다르다. 광촉매로 사용되는 물질에 따라 다양한 광촉매 반응 메커니즘이 존재하지만, 이들 반응들 중에서도 공통적으로 나타나는 반응원리가 존재한다. 그 예로 광촉매로 주로 사용되는 \( \mathrm{TiO}_{2} \) 같은 물질에 빛을 쪼이게 되면 표면에서 전자 \( (\mathrm{e}^{-}) \), 정공 \( \left(\mathrm{h}^{+}\right) \)이 생성되고 그것들은 각각 아래 식과 같이 환원 반응을 일으킨다.</p><p>Reaction by hole</p><p>\( \mathrm{h}^{+}+\mathrm{H}_{2} \mathrm{O} \rightarrow \mathrm{H}^{+}+\mathrm{OH}{\cdot} \)<caption>(1)</caption></p><p>\( 2 \mathrm{~h}^{+}+2 \mathrm{H}_{2} \mathrm{O} \rightarrow 2 \mathrm{H}^{+}+\mathrm{H}_{2} \mathrm{O}_{2} \)<caption>(2)</caption></p><p>\( \mathrm{H}_{2} \mathrm{O}_{2}+\mathrm{O_2}^{\cdot-} \rightarrow \mathrm{OH}{\cdot}+\mathrm{OH}^{-}+\mathrm{O}_{2} \)<caption>(3)</caption></p><p>Reaction by electron</p><p>\( \mathrm{e}^{-}+\mathrm{O}_{2} \rightarrow \mathrm{O_2}^{\cdot-} \)<caption>(4)</caption></p><p>\( 2 \mathrm{O_2}^{\cdot-}+2 \mathrm{H}^{+} \rightarrow \mathrm{H}_{2} \mathrm{O}_{2}+\mathrm{O}_{2} \)<caption>(5)</caption></p><p>\( \mathrm{H}_{2} \mathrm{O}_{2}+\mathrm{O_2}^{\cdot-} \rightarrow \mathrm{OH}{\cdot}+\mathrm{OH}^{-}+\mathrm{O}_{2} \)<caption>(6)</caption></p><p>이때 생성된 수산화기는 탄소화합물을 \( \mathrm{CO}_{2} \) 로 산화시키는 강력한 산화제이다.</p><p>\( \mathrm{TiO}_{2} \) 는 광촉매 물질로서 염소나 오존보다 산화력이 높기 때문에 뛰어난 살균력을 갖고 있어 벤젠, 페놀 및 TCE 와 같은 독성 물질이나 난분해성 유기화합물을 분해가 가능하다. 또한 빛에 의해 자기 자신은 변하지 않고 내구성과 내마모성이 뛰어나기 때문에 반영구적으로 사용이 가능하며 무독성으로 생물체와 환경에 영향을 주지 않는 장점이 있다.</p><h2>2.4 측정부 설계</h2><p>용해된 \( \mathrm{CO}_{2} \) 는 약산을 가짐으로 \( \mathrm{pH}\) 지시약을 사용하여 측정이 기능하다. 일반적으로 용해된 \( \mathrm{CO}_{2} \) 는 아래와 같이 반응한다.</p><p>\( \mathrm{CO}_{2}+\mathrm{H}_{2} \mathrm{O}=\mathrm{H}_{2} \mathrm{CO}_{3} \)<caption>(7)</caption></p><p>\( \mathrm{H}_{2} \mathrm{CO}_{3}=\mathrm{H}^{+}+\mathrm{HCO}_{3}^{-} \)<caption>(8)</caption></p><p>위 반응식에 따라 \( \mathrm{CO}_{2} \) 가 물에 계속 용해되면 수소이온의 증가로 \( \mathrm{pH}\) 는 낮아지게 되어 산성을 나타내게 된다. \( \mathrm{pH}\) 지시약은 hydrogen ions \( (\mathrm{H}+) \) 에 대한 화학 검출기로서 용액의 \( \mathrm{pH}\) 를 시각적으로 결정할 수 있다.</p><p>측정부는 그림 5 와 같이 \( \mathrm{TiO}_{2} \) 가 증착되지 않은 투명한 유리 기판 사이에 \( \mathrm{pH}\) 지시약을 주입하여 생성되는 \( \mathrm{CO}_{2} \) 에따라 변화하는 \( \mathrm{pH}\) 지시약의 산성도 값을 광원과 광센서로 검출하였다.</p>
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"총 탄소를 \\( \\mathrm{CO}_{2} \\)로 전환하는 산화는 유기물만 단일 분자 형태로 전환시키기 어렵기때문에 이루어지는가?",
"PDMS는 무엇을 의미하는가?",
"본 논문에서는 산화부와 측정부 사이의 PDMS의 두께를 몇\\( \\mathrm{~mm} \\)로 형성하였는가?",
"산화부와 측정부 사이의 PDMS는 산화부와 측정부의 무엇을 공유할 수 있도록 설계되었는가?",
"산화부와 측정부 사이의 PDMS는 측정부에 주입된 \\( \\mathrm{pH} \\)가 산화부 주입된 시료와 섞이지않도록 할 수 있는 이유는 PDMS가 소수성이기 때문인가?",
"산화부와 측정부 사이의 PDMS는 물에 대해 어떤 성질을 가지는가?",
"산화부와 측정부 사이의 PDMS는 어디에 주입된 \\( \\mathrm{pH} \\)가 산화부에 주입된 시료와 섞이지않도록 하는가?",
"본 논문에서는 산화부와 측정부 사이의 PDMS의 두께를 \\( 2\\mathrm{~mm} \\)로 형성하였는가?",
"산화부와 측정부 사이의 PDMS는 측정부에 주입된 \\( \\mathrm{pH} \\)가 산화부에 주입된 무엇과 섞이지않도록 하는가?",
"산화부와 측정부 사이의 PDMS는 측정부에 주입된 \\( \\mathrm{pH} \\)가 어디에 주입된 시료와 섞이지않도록 하는가?",
"산화부와 측정부 사이의 PDMS는 산화부에 주입된 시료와 측정부에 주입된 무엇이 섞이지않도록 하는가?",
"산화부와 측정부 사이의 PDMS는 친수성인가?",
"산화부와 측정부 사이의 PDMS는 물과 쉽게 화합되지않는 특성을 가지는가?",
"프탈산 수소 칼륨의 화학 기호는 무엇인가?",
"프탈산 수소 칼륨의 화학 기호는 \\( \\left(\\mathrm{C}_{8} \\mathrm{H}_{5} \\mathrm{O}_{4} \\mathrm{~K}\\right) \\) 인가?",
"측정부와 산화부 사이의 PDMS는 측정부와 산화부의 대기 농도를 공유할 수 있도록 설계되었는가?",
"\\( \\left(\\mathrm{C}_{8} \\mathrm{H}_{5} \\mathrm{O}_{4} \\mathrm{~K}\\right) \\)는 무엇의 화학 기호인가?",
"프탈산 수소 칼륨을 이용하여 제조된 시료는 어디에 주입되는가?",
"\\( \\left(\\mathrm{C}_{8} \\mathrm{H}_{5} \\mathrm{O}_{4} \\mathrm{~K}\\right) \\)는 프탈산 수소 칼륨의 화학 기호인가?",
"TOC 분석 실험 설계에서 프탈산 수소 칼륨을 이용하여 제조된 시료는 산화부의 PDMS에 무엇으로 주입되었는가?",
"TOC 분석 실험 설계에서 프탈산 수소 칼륨을 이용하여 제조된 시료는 산화부의 PDMS에 주사기로 주입되었는가?",
"프탈산 수소 칼륨을 이용하여 제조된 시료는 산화부의 PDMS에 주입되는가?",
"TOC 분석 실험 설계에서 \\(\\mathrm{pH} \\) 지시약은 측정부 PDMS에 주입되었는가?",
"TOC 분석 실험 설계에서 \\(\\mathrm{pH} \\) 지시약은 어디에 주입되었는가?",
"TOC 분석 실험 설계에서 TOC 분석 칩 산화부에 증착된 \\( \\mathrm{TiO}_{2} \\)에 몇 \\( \\mathrm{~nm} \\) 파장의 UV광을 조사하였는가?",
"TOC 분석 실험 설계에서 TOC 분석 칩 산화부에 증착된 \\( \\mathrm{TiO}_{2} \\)에 몇 \\( \\mathrm{~nm} \\) 파장의 UV광을 조사하였는가?",
"TOC 분석 실험 설계에서 산화부와 측정부의 PDMS에 시료와 \\(\\mathrm{pH} \\) 지시약이 주입된 후 입구는 밀봉되었는가?",
"TOC 분석 실험 설계에서 TOC 분석 칩 산화부에 증착된 \\( \\mathrm{TiO}_{2} \\)에 \\( 365\\mathrm{~nm} \\) 파장의 UV광을 조사하였는가?",
"TOC 분석 실험 설계에서 TOC 분석 칩 산화부에 증착된 \\( \\mathrm{TiO}_{2} \\)에 \\(365 \\mathrm{~nm} \\) 파장의 UV광을 조사하여 광촉매 반응을 일으키면 어떤 물질이 \\( \\mathrm{CO}_{2} \\) 가스로 분해되는가?",
"UV는 무엇의 약자인가?",
"ultra-violet의 약자는 무엇인가?",
"ultra-violet의 약자는 UV인가?",
"TOC 분석 실험 설계에서 광촉매 반응에 의해 분해된 이산화탄소는 측정부에 있는 용액에 영향을 주는가?",
"유기물을 측정하기 위해 유기분자를 분해하여 단일 분자 형태로 전환하는 이유는 무엇인가?",
"다양한 유기물의 선택적 측정은 어려운가?",
"유기물을 측정하기 위해 유기분자를 분해하여 단일 분자 형태로 전환하는 이유는 다양한 유기물을 선택적으로 측정하기 어렵기 때문인가?",
"유기물을 측정할 때 무엇을 분해하여 단일 분자 형태로 전환해야 하는가?",
"비정화성유기탄소의 영문 약자는 무엇인가?",
"유기물을 측정할 때 유기분자를 분해하여야 하는가?",
"유기물만 단일 분자 형태로 전환시키기 어렵기 때문에 총무기탄소를 무엇으로 전환하는 산성화가 이루어지는가?",
"유기물만을 단일 분자 형태로 전환하는 것은 쉬운가?",
"총무기탄소를 \\( \\mathrm{CO}_{2} \\)로 전환하는 산성화는 유기물만 단일 분자 형태로 전환시키기 어렵기때문에 이루어지는가?",
"유기물을 측정할 때 유기물을 분해하여 어떤 형태로 전환해야 하는가?",
"유기물을 측정할 때 유기물을 분해하여 단일 분자 형태로 전환하는 것은 단일 분자가 정량적으로 측정될 수 있기 때문인가?",
"시료를 산성화하는 단계는 시료에 무엇을 주입하여 이루어지는가?",
"유기물을 측정할 때 유기물을 분해하여 단일 분자 형태로 전환해야 하는가?",
"총무기탄소를 \\( \\mathrm{CO}_{2} \\)로 전환하는 화학반응은 어떤 반응인가?",
"비정화성유기탄소의 영문 약자는 NOPC인가?",
"유기물만 단일 분자 형태로 전환시키기 어렵기 때문에 총 탄소를 무엇으로 전환하는 산화가 이루어지는가?",
"총탄소를 \\( \\mathrm{CO}_{2} \\) 로 전환하는 화학 반응은 어떤 반응인가?",
"시료를 산성화하는 단계는 시료에 산성액을 주입하여 이루어지는가?",
"\\( \\mathrm{CO}_{2} \\) 측정에는 물리적인 기술이 필요한가?",
"산화 단계는 물리적인 기술이 필요한가?",
"산화 단계는 어떤 기술이 필요한가?",
"\\( \\mathrm{CO}_{2} \\) 측정에는 어떤 기술이 필요한가?",
"산성화, 산화, \\( \\mathrm{CO}_{2} \\) 측정 단계 중 물리적인 기술이 필요한 단계는 무엇인가?",
"산성화와 산화에 의해 발생된 무엇은 유기탄소량에 비례하는가?",
"본 논문에서 TOC 분석 칩은 산화부와 무엇으로 구성되었는가?",
"산성화와 산화에 의해 발생된 \\( \\mathrm{CO}_{2} \\)는 무엇에 비례하는가?",
"무엇에 의해 발생된 \\( \\mathrm{CO}_{2} \\)는 유기탄소량에 비례하는가?",
"산성화 단계에는 물리적인 기술이 필요한가?",
"본 논문에서 TOC 분석 칩은 측정부와 산화부로 구성되었는가?",
"산성화와 산화에 의해 발생된 \\( \\mathrm{CO}_{2} \\)는 유기탄소량에 비례하는가?",
"본 논문에서 사용한 TOC 분석 칩은 산화티타늄 (titanium dioxide, \\( \\mathrm{TiO}_{2} \\) )을 어디에만 증착하였는가?",
"본 논문에서 TOC 분석 칩은 측정부와 무엇으로 구성되었는가?",
"PDMS의 두께는 칩의 무엇을 결정하는가?",
"Polydimethylsiloxane의 약자는 무엇인가?",
"Polydimethylsiloxane(PDMS)는 TOC 분석 칩 내부 챔버의 용량을 결정하는가?",
"Polydimethylsiloxane(PDMS)는 무엇의 용량을 결정하는가?",
"칩의 높이를 결정하는 것은 PDMS의 무엇인가?",
"titanium dioxide의 화학기호는 \\( \\mathrm{TiO}_{2} \\)인가?",
"칩의 높이를 결정하는 것은 무엇의 두께인가?",
"Polydimethylsiloxane의 약자는 PDMS인가?",
"Polydimethylsiloxane의 약자는 무엇인가?",
"칩의 높이를 결정하는 것은 PDMS의 두께인가?",
"본 논문에서는 PDMS의 두께를 몇\\( \\mathrm{~mm} \\)로 제작하였는가?",
"본 논문에서 사용한 TOC 분석 칩은 산화티타늄 (titanium dioxide, \\( \\mathrm{TiO}_{2} \\) )을 산화부에만 증착하였는가?",
"Polydimethylsiloxane(PDMS)는 아래 기판과 윗 유리기판 사이에 부착되었는가?",
"본 논문에서는 산화부와 측정부 사이의 PDMS의 두께를 몇\\( \\mathrm{~mm} \\)로 형성하였는가?",
"Polydimethylsiloxane(PDMS)는 어디에 부착되었는가?",
"본 논문에서는 PDMS의 두께를 \\( 3\\mathrm{~mm} \\)로 제작하였는가?",
"titanium dioxide의 화학기호는 무엇인가?",
"본 논문에서는 PDMS의 두께를 몇\\( \\mathrm{~mm} \\)로 제작하였는가?",
"용해된 이산화탄소를 이용한 \\( \\mathrm{CO}_{2}+\\mathrm{H}_{2} \\mathrm{O} \\) 반응의 결과는 \\( \\mathrm{H}_{2} \\mathrm{CO}_{3} \\)인가?",
"TOC 분석 실험 설계에서 TOC 분석 칩 산화부에 증착된 \\( \\mathrm{TiO}_{2} \\)에 \\( 365\\mathrm{~nm} \\) 파장의 UV광을 조사하면 어떤 반응이 일어나는가?",
"광촉매 반응은 TOC 분석 칩 산화부의 \\( \\mathrm{TiO}_{2} \\)에 \\(365 \\mathrm{~nm} \\) 파장의 UV광을 조사하면 일어나는가?",
"프탈산 수소 칼륨은 광촉매 반응에 의해 이산화탄소 가스로 분해되는가?",
"\\( \\mathrm{TiO}_{2} \\)에 UV광을 조사하여 광촉매 반응을 일으키면 프탈산 수소 칼륨이 어떤 가스로 분해되는가?",
"광촉매 반응에 의해 분해된 이산화탄소는 어디에 있는 용액에 영향을 주는가?",
"일반적인 촉매는 지속적으로 이용할 수 있는가?",
"광촉매는 기존의 촉매와 메커니즘 및 무엇이 다른가?",
"광촉매는 특정한 물질들이 빛을 받아 광촉매 반응을 일으키는 촉매인가?",
"산화부에는 \\( \\mathrm{TiO}_{2} \\)가 증착되었는가?",
"광촉매는 기존의 촉매와 반응 원리 및 무엇이 다른가?",
"일반적인 촉매는 스스로 반응에 참가하는가?",
"광촉매는 빛을 통해 다른 반응속도에 영향을 주는가?",
"광촉매는 무엇을 이용하여 다른 반응속도에 영향을 주는가?",
"광촉매는 기존의 촉매와 반응 원리가 다른가?",
"산화부에는 광촉매 반응을 일으키는 물질이 증착되었는가?",
"빛을 이용하는 광촉매는 무엇에 영향을 주는가?",
"측정부 용액의 산성도가 낮아지면 무엇의 색이 변하는가?",
"광촉매로 사용되는 물질은 모두 동일한 광촉매 반응 메커니즘을 가지는가?",
"\\( \\mathrm{TiO}_{2} \\)는 광촉매 반응을 일으키는가?",
"광촉매는 빛이 촉매역할을 하는 촉매인가?",
"본 논문에서 산화부에는 어떤 물질을 증착하였는가?",
"측정부 용액의 산성도가 낮아지면 pH 지시약의 색이 변하는가?",
"\\( \\mathrm{h}^{+}+\\mathrm{H}_{2} \\mathrm{O} \\) 화학 반응의 결과는 무엇인가?",
"용해된 \\( \\mathrm{CO}_{2} \\)는 무엇을 사용하여 측정 할 수 있는가?",
"\\( \\mathrm{pH}\\)가 낮아지면 어떤 성질이 나타나는가?",
"\\( \\mathrm{TiO}_{2} \\)에 빛을 쪼이게 되면 어디에서 전자와 정공이 생성되는가?",
"벤젠은 독성 물질인가?",
"\\( \\mathrm{H}_{2} \\mathrm{O}_{2}+\\mathrm{O_2}^{\\cdot-} \\) 화학 반응의 결과는 \\( \\mathrm{OH}{\\cdot}+\\mathrm{OH}^{-}+\\mathrm{O}_{2} \\)인가?",
"광촉매로 주로 쓰이는 \\( \\mathrm{TiO}_{2} \\)에 빛을 쪼이게 되면 표면에서 전자와 무엇이 생기는가?",
"\\( \\mathrm{H}_{2} \\mathrm{O}_{2}+\\mathrm{O_2}^{\\cdot-} \\rightarrow \\mathrm{OH}{\\cdot}+\\mathrm{OH}^{-}+\\mathrm{O}_{2} \\) 화학반응은 electron에 의해 일어나는 반응인가?",
"\\( 2 \\mathrm{O_2}^{\\cdot-}+2 \\mathrm{H}^{+} \\) 반응의 결과는 무엇인가?",
"\\( 2 \\mathrm{~h}^{+}+2 \\mathrm{H}_{2} \\mathrm{O} \\) 반응의 결과는 \\( 2 \\mathrm{H}^{+}+\\mathrm{H}_{2} \\mathrm{O}_{2} \\)인가?",
"\\( \\mathrm{TiO}_{2} \\)는 쉽게 마모되는가?",
"\\( \\mathrm{TiO}_{2} \\)는 무엇과 난분해성 유기화합물을 분해할 수 있는가?",
"\\( 2 \\mathrm{O_2}^{\\cdot-}+2 \\mathrm{H}^{+} \\rightarrow \\mathrm{H}_{2} \\mathrm{O}_{2}+\\mathrm{O}_{2} \\) 반응은 무엇에 의해 일어나는가?",
"식 (7),(8)에 따라 수소이온이 증가하면 \\( \\mathrm{pH}\\)가 낮아지는가?",
"\\( \\mathrm{TiO}_{2} \\)는 오존 또는 염소보다 산화력이 높은가?",
"\\( \\mathrm{TiO}_{2} \\) 같은 물질에 빛을 쪼이게 되면 생성되는 전자와 정공의 환원반응 때 생기는 수산화기는 무엇을 이산화탄소로 산화시키는가?",
"\\( \\mathrm{TiO}_{2} \\)에 생성되는 전자와 정공은 환원 반응을 일으키는가?",
"산화부에는 어떤 반응을 일으키는 \\( \\mathrm{TiO}_{2} \\)가 증착되었나?",
"TCE는 독성을 띠는 물질인가?",
"\\( \\mathrm{TiO}_{2} \\)는 광촉매로 주로 사용되는 물질인가?",
"\\( 2 \\mathrm{O_2}^{\\cdot-}+2 \\mathrm{H}^{+} \\rightarrow \\mathrm{H}_{2} \\mathrm{O}_{2}+\\mathrm{O}_{2} \\) 반응은 electron에 의해 일어나는 반응인가?",
"\\( \\mathrm{TiO}_{2} \\) 같은 물질에 빛을 쪼이게 되면 생성되는 전자와 정공의 환원반응 때 생기는 수산화기는 산화제인가?",
"식 (7),(8)에 따라 이산화탄소가 물에 계속 용해되어 수소이온이 증가하면 \\( \\mathrm{pH}\\)가 낮아져 어떤 성질이 나타나는가?",
"\\( \\mathrm{TiO}_{2} \\)는 무독성인가?",
"\\( 2 \\mathrm{O_2}^{\\cdot-}+2 \\mathrm{H}^{+} \\) 반응의 결과는 \\( 2 \\mathrm{O_2}^{\\cdot-}+2 \\mathrm{H}^{+} \\rightarrow \\mathrm{H}_{2} \\mathrm{O}_{2}+\\mathrm{O}_{2} \\)인가?",
"\\( 2 \\mathrm{~h}^{+}+2 \\mathrm{H}_{2} \\mathrm{O} \\rightarrow 2 \\mathrm{H}^{+}+\\mathrm{H}_{2} \\mathrm{O}_{2} \\) 반응은 hole에 의해 일어나는가?",
"\\( \\mathrm{H}_{2} \\mathrm{O}_{2}+\\mathrm{O_2}^{\\cdot-} \\rightarrow \\mathrm{OH}{\\cdot}+\\mathrm{OH}^{-}+\\mathrm{O}_{2} \\) 반응은 무엇에 의해 일어나는가?",
"\\( \\mathrm{TiO}_{2} \\)는 무엇보다 산화력이 높은가?",
"hydrogen ions의 이온식은 \\( (\\mathrm{H}+) \\)인가?",
"\\( \\mathrm{TiO}_{2} \\)는 내마모성과 무엇이 뛰어난가?",
"식 (7),(8)에 따라 이산화탄소가 물에 계속 용해되면 수소이온이 증가하는가?",
"\\( \\mathrm{TiO}_{2} \\) 같은 물질에 빛을 쪼이게 되면 생성되는 전자와 정공의 환원반응 때 생기는 수산화기는 탄소화합물을 무엇으로로 산화시키는가?",
"\\( \\mathrm{pH}\\) 지시약은 hydrogen ions을 화학적으로 검출하는가?",
"어떤 지시약이 hydrogen ions \\( (\\mathrm{H}+) \\)에 대한 화학적 검출에 이용되었나?",
"\\( \\mathrm{H}_{2} \\mathrm{O}_{2}+\\mathrm{O_2}^{\\cdot-} \\) 반응은 어떤 결과를 보이는가?",
"\\( \\mathrm{TiO}_{2} \\) 표면에 생기는 전자와 정공은 어떤 반응을 일으키는가?",
"\\( 2 \\mathrm{~h}^{+}+2 \\mathrm{H}_{2} \\mathrm{O} \\) 반응의 결과는 무엇인가?",
"페놀은 인체에 유해한가?",
"\\( \\mathrm{h}^{+}+\\mathrm{H}_{2} \\mathrm{O} \\rightarrow \\mathrm{H}^{+}+\\mathrm{OH}{\\cdot} \\)는 hole에 의해 일어나는가?",
"\\( \\mathrm{TiO}_{2} \\) 같은 물질에 빛을 쪼이게 되면 생성되는 전자와 정공의 환원반응 때 생기는 무엇은 탄소화합물을 이산화탄소로 산화시키는가?",
"용해된 이산화탄소를 이용한 \\( \\mathrm{H}_{2} \\mathrm{CO}_{3} \\) 반응의 결과는 \\(\\mathrm{H}^{+}+\\mathrm{HCO}_{3}^{-} \\)인가?",
"\\( \\mathrm{e}^{-}+\\mathrm{O}_{2} \\rightarrow \\mathrm{O_2}^{\\cdot-} \\) 반응은 electron에 의해 일어나는가?",
"\\( \\mathrm{TiO}_{2} \\)는 독성 물질을 분해할 수 있는가?",
"hydrogen ions의 이온식은 무엇인가?",
"\\( \\mathrm{e}^{-}+\\mathrm{O}_{2} \\)의 결과는 무엇인가?",
"\\( \\mathrm{H}_{2} \\mathrm{O}_{2}+\\mathrm{O_2}^{\\cdot-} \\) 화학 반응의 결과는 무엇인가?",
"빛을 \\( \\mathrm{TiO}_{2} \\)에 비추면 전자와 정공이 생성되는가?",
"용해된 이산화탄소를 이용한 \\( \\mathrm{CO}_{2}+\\mathrm{H}_{2} \\mathrm{O} \\) 반응의 결과는 무엇인가?",
"\\( \\mathrm{TiO}_{2} \\)는 빛에 의해 변하는가?",
"\\( \\mathrm{H}_{2} \\mathrm{O}_{2}+\\mathrm{O_2}^{\\cdot-} \\rightarrow \\mathrm{OH}{\\cdot}+\\mathrm{OH}^{-}+\\mathrm{O}_{2} \\)는 hole에 의해 일어나는 반응인가?",
"\\( \\mathrm{h}^{+}+\\mathrm{H}_{2} \\mathrm{O} \\rightarrow \\mathrm{H}^{+}+\\mathrm{OH}{\\cdot} \\) 반응은 무엇에 의해 일어나는가?",
"\\( \\mathrm{pH}\\) 지시약으로 용액의 \\( \\mathrm{pH}\\)를 시각적으로 확인 할 수 있는가?",
"무엇이 물에 계속 용해되면 수소 이온이 증가하는가?",
"\\( \\mathrm{H}_{2} \\mathrm{CO}_{3} \\) 반응의 결과는 무엇인가?",
"\\( \\mathrm{e}^{-}+\\mathrm{O}_{2} \\)의 결과는 \\( \\mathrm{e}^{-}+\\mathrm{O}_{2} \\rightarrow \\mathrm{O_2}^{\\cdot-} \\)인가?",
"식 (7),(8)에 따라 이산화탄소가 물에 계속 용해되어 수소이온이 증가하면 산성이 나타나는가?",
"\\( \\mathrm{TiO}_{2} \\) 같은 물질에 빛을 쪼이게 되면 생성되는 전자와 정공의 환원반응 때 생기는 수산화기는 탄소화합물을 이산화탄소로 산화시키는가?",
"\\( \\mathrm{pH}\\) 지시약을 사용하여 용해된 이산화탄소를 측정 할 수 있는 것은 용해된 이산화탄소가 무엇을 가지기 때문인가?",
"\\( \\mathrm{H}_{2} \\mathrm{O}_{2}+\\mathrm{O_2}^{\\cdot-} \\rightarrow \\mathrm{OH}{\\cdot}+\\mathrm{OH}^{-}+\\mathrm{O}_{2} \\) 화학반응은 무엇에 의해 일어나는 반응인가?",
"\\( \\mathrm{TiO}_{2} \\)는 난분해성 유기화합물을 분해할 수 있는가?",
"\\( \\mathrm{TiO}_{2} \\)는 반영구적 사용이 가능한가?",
"\\( \\mathrm{h}^{+}+\\mathrm{H}_{2} \\mathrm{O} \\) 반응의 결과는 \\( \\mathrm{H}^{+}+\\mathrm{OH}{\\cdot} \\)인가?",
"\\( \\mathrm{TiO}_{2} \\)는 무독성 생물체와 환경에 영향을 주는 물질인가?",
"\\( \\mathrm{TiO}_{2} \\)는 독성 물질과 무엇을 분해할 수 있는가?",
"이산화탄소가 물에 계속 용해되면 무슨 이온이 증가하는가?",
"\\( \\mathrm{pH}\\) 지시약은 무엇에 대한 화학적 검출에 사용되나?",
"\\( (\\mathrm{H}+) \\)은 무슨 이온인가?",
"용해된 \\( \\mathrm{CO}_{2} \\)는 \\( \\mathrm{pH}\\) 지시약을 사용하여 측정 할 수 있는가?",
"\\( \\mathrm{TiO}_{2} \\)는 무엇에 영향을 주지않는 물질인가?",
"\\( \\mathrm{pH}\\)가 낮아지면 어떤 산성이 나타나는가?",
"이산화탄소는 어디에 존재하는 용액의 산성도를 낮추는가?",
"TOC 분석 실험 설계에서 측정부에 있는 용액의 산성도는 이산화탄소에 의해 낮아지는가?",
"용해된 이산화탄소는 약산을 가지는가?",
"\\( \\mathrm{e}^{-}+\\mathrm{O}_{2} \\rightarrow \\mathrm{O_2}^{\\cdot-} \\) 반응은 무엇에 의해 일어나는가?",
"\\( \\mathrm{TiO}_{2} \\)에 빛을 쪼이게 되면 표면에서 정공과 무엇이 생기는가?",
"\\( \\mathrm{H}_{2} \\mathrm{O}_{2}+\\mathrm{O_2}^{\\cdot-} \\) 화학 반응의 결과는 \\( \\mathrm{OH}{\\cdot}+\\mathrm{OH}^{-}+\\mathrm{O}_{2} \\)인가?",
"수소이온이 증가하면 무엇이 낮아지는가?",
"\\( \\mathrm{TiO}_{2} \\)는 내구성이 뛰어난 물질인가?",
"무엇에 의해 \\( 2 \\mathrm{~h}^{+}+2 \\mathrm{H}_{2} \\mathrm{O} \\rightarrow 2 \\mathrm{H}^{+}+\\mathrm{H}_{2} \\mathrm{O}_{2} \\) 반응이 일어나는가?",
"\\( \\mathrm{TiO}_{2} \\)는 살균력을 가지는가?",
"TOC 분석 실험 설계 시 광촉매 반응에 의해 분해된 이산화탄소는 측정부에 있는 용액의 무엇을 낮추는가?",
"염소나 오존보다 산화력이 높은 물질은 살균력을 가지는가?"
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인공물ED
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광촉매 반응을 이용한 총유기탄소 분석 칩
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<h1>1. 서 론</h1><p>산업이 발전하면서 현대 생활에는 음식물뿐반 아니라 섬유, 플라스틱 등 다양한 유기 화합물이 이용되고 있는 실정이다. 이렇게 다양하게 생성된 유기 화합물들이 생활 폐수, 공장 폐수로 인해 강, 호수, 해수 등으로 유입된다. 이렇게 유입된 유기 화합물들은 기존의 수중 생태게를 교란시키고 파괴함으로씨 문제가 되었다. 그러므로 물속의 유기 화합물을 간접적으로 측정할 수 있는 몇 가지 항목을 수질 오염 지표로 정하여 지속적으로 관리되어 왔다. 유기물의 종류는 매우 많아서 일일이 개별적으로 다루기 어렵기 때문에 생화학산소요구량(Biochemical Oxygen Demand, BOD), 화학적산소요구량(Chemical Oxygen Demand, COD) 그리고 총유기탄소(Total Organic Carbon, TOC)와 같은 대체 매개 변수를 사용하여 유기물 함량을 간접적으로 나타내고 있다. BOD는 호기성 미생물에 의하여 유기물들이 탄산가스, 물, 암모니아 등으로 분해되는데 이때 미생물들에 의해 소비되는 용존 산소랑을 계산하여 유기물을 정량화 한다. COD는 강산화제를 이용하여 시료내 유기물을 화학적으로 산화한 후 산소 잔류양을 측정하여 소모된 산소 요구량을 산정한다. 모든 TOC 측정법은 실제로 총탄소를 측정하는 방법으로서 사전에 무기물을 분석하거나 제거하여 총유기탄소를 정량화 한다. 그러므로 무기탄소를 고려해야 하기 때문에 유기탄소만 분석하는 것은 어려운 일이다. 즉, TOC는 그림 1과 같이 시료속에 녹아 있는 총탄소와 무기탄소를 측정하여 유기탄소를 계산하거나 그림2 에 보여지는 것처럼 총탄소에서 무기탄소를 제거하여 잔류 탄소량을 측정하여 총유기탄소를 계산한다. 기존의 유기물 분석은 BOD를 기본적으로 측정하고 연속 모니터링이 필요한 경우 COD측정에 의존해왔다. 그러나 산업이 발달함에 따라 복잡하고 과거에 비해 다양한 화학 물질이 사용되었고 BOD 와 COD는 분해하기 힘든 난분해성 물질의 증가로 한계가 드러났다. 이러한 유기 화합물 분석을 정확하게 하여 발생할 수 있는 오차를 줄이기 위해 새로운 오염지표로 TOC 가 제시되었다. 일반적인 TOC 장비는 고온연소 또는 고온촉매연소로 유기화합물을 이산화탄소 (Carbon dioxide, \( \left.\mathrm{CO}_{2}\right) \), 수증기 등으로 분해한 후 질소나 아르곤 가스와 같은 운반용기체로 \( \mathrm{CO}_{2} \) 측정 챔버로 운반한다. \( 4.26 \mathrm{um} \) 의 적외선에 대하여 가장 높은 흡수율을 가지고 있는 \( \mathrm{CO}_{2} \) 는 비분산적외선 (Non-dispersive infrared absorption, NDIR) 센서로 측정을 한다. NDIR 센서를 통하여 탄소 농도와 직접 비례하는 \( \mathrm{CO}_{2} \) 농도를 분석하여 유기 화합물의 농도로 환산한다. TOC의 가장 큰 장점은 기기를 활용한 정밀 분석으로 인해 저농도의 유기화합물 분석의 높은 재현성을 가지며 BOD, COD 두 방법에서 분석하기 힘든 난분해성 유기물 분석이 가능하다는 점이다. 그럼에도 불구하고 TOC 기기는 운반용 가스가 필요하고 휴대가 불가능한 크기와 무게를 가지고 있으며, 고가의 장비임으로 각 수역에 설치하기 어려운 점을 가지고 있다.</p><p>이러한 문제점을 해결하기 위해, 본 논문에서는 광촉매(Photocatalyst)를 활용한 새로운 TOC측정법을 제안하여 유기물을 측정했다. 제안된 TOC 분석 칩은 유기물을 \( \mathrm{CO}_{2} \) 로 분해하는 산화부와 \( \mathrm{CO}_{2} \) 를 측정하는 측정부로 구성되었으며, 하나의 칩에 통합하여 소형화를 통해 크기와 무게를 개선하였다.</p>
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"실제로 총탄소를 측정하는 방법으로서 사전에 무기물을 분석하거나 제거하여 총유기탄소를 정량화하는 측정법은 무엇인가?",
"일반적인 TOC장비는 어떤 작업을 하는가?",
"총유기탄소를 계산하는 방법은 무엇인가?",
"총유기탄소를 계산하는 방법은 무엇인가?",
"강산화제를 이용하여 시료내 유기물을 화학적으로 산화한 후 산소 잔류양을 측정하여 소모된 산소 요구량을 산정한 것은 무엇인가?",
"탄소 농도와 직접 비례하는 \\( \\mathrm{CO}_{2} \\) 농도를 분석하여 유기 화합물의 농도로 환산하는 장비는 무엇인가?",
"유기 화합물 분석을 정확하게 하여 발생할 수 있는 오차를 줄이기 위해 제시된 새로운 오염지표는 무엇인가?",
"유기물의 종류는 매우 많아서 일일이 개별적으로 다루기 어렵기 때문에 어떤 매개 변수를 사용하여 유기물 함량을 나타내는가?",
"광촉매(Photocatalyst)를 활용한 새로운 TOC측정법을 제안된 이유는 무엇인가?",
"TOC의 가장 큰 장점은 무엇인가?",
"TOC의 단점은 무엇인가?",
"다양하게 생성된 유기 화합물들이 생활 폐수, 공장 폐수로 인해 강, 호수, 해수 등으로 유입되어 어떠한 문제들을 일으키는가?",
"물속의 유기 화합물을 지속적으로 관리하는 방법은 무엇이 있는가?",
"BOD란 무엇인가?",
"산업이 발달함에 따라 BOD 와 COD측정에 한계가 생기는 이유는 무엇인가?",
"\\( \\mathrm{CO}_{2}가 가장 많이 흡수된 적외선은 무엇인가?",
"새로운 TOC측정법은 어떻게 구성되어 있는가?",
"\\( 4.26 \\mathrm{um} \\) 적외선에 포함된 \\( \\mathrm{CO}_{2} \\) 측정법은 무엇인가?"
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인공물ED
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광촉매 반응을 이용한 총유기탄소 분석 칩
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<h1>3. 결과 및 고찰</h1><h2>3.1 Bromothymol blue (BTB) 용액의 특성</h2><p>Bromothymol blue(BTB)는 일반적으로 사용되는 \( \mathrm{pH}\) 지시약으로서 bromothymol sulfone phthalein이라고도 불려진다. 일반적으로 액체에서 탄산의 존재를 측정하기 위해 사용되며 \( \mathrm{CO}_{2} \) 를 측정하여 식물의 광합성이나 호흡을 관찰하는 지표로도 활용된다. BTB는 중성용액에서 녹색이며 산성에서 \( 427 \mathrm{~nm} \) 의 파장을 흡수하여 노란색을 띄며 알칼리에서는 \( 602 \mathrm{~nm} \) 파장의 빛을 흡수하여 파란색으로 나타나는 것으로 알려졌다.</p><p>민감한 센서를 설계하기 위해서는 \( \mathrm{CO}_{2} \) 에 의한 BTB 용액의 \( 427 \mathrm{~nm} \) 또는 \( 602 \mathrm{~nm} \) 의 흡광도 변화가 커야한다. 그러므로 가시광선 대역에서 높은 흡광도 가지는 고농도의 BTB 용액이 유리하나 BTB 용액 자체가 악산성을 가져서 그대로 사용할 수는 없기 때문에 희석된 BTB 용액을 사용하였다. 그래서 물에 희석된 저농도의 BTB용액부터 BTB 자체의 산성도가 영항을 미치지 않는 농도까지 희석하여 흡광도를 측정하였다. 실험은 그림 6에서 보이는 것처럼 BTB 용액을 \( 100 \mathrm{ml}\) D.I 물에 희석하여 \( 0.5 \%, 1.0 \%, 1.5 \% \) 농도의 BTB 용액을 제조하였다. 그림 6 에서 볼 수 있듯이 \( 1.0 \% \) 농도의 희석된 BTB 용액은 \( 0.5 \% \) 보다 짙은 색이 나타나지만 \( 1.5 \% \) 농도의 BTB 용액과는 큰 차이가 없다. UV-Vis을 이용하여 \( 0.5 \%\), \(1.0 \%\), \(1.5 \% \) 의 BTB 용액을 흡광도를 측정하였다. 그림 7은 D.I 물과 혼합된 BTB 용액의 비율에 따른 흡광도를 나타내며 \( 430 \mathrm{~nm} \) 와 \( 615 \mathrm{~nm} \) 의 파장에서 최대 흡광도가 관측되었다. \( 1.0 \% \) BTB 용액은 \( 0.5 \% \)BTB 용액보다 \( 430 \mathrm{~nm} \) 와 \( 615 \mathrm{~nm} \) 의 흡광도가 증가하였으나 \( 1.5 \% \) 의 농도에서는 \( 615 \mathrm{~nm} \) 의 파장에서 흡광도가 감소하였다. 또한 BTB 용액의 농도에 따라 \( 430 \mathrm{~nm} \) 의 파장에서는 큰 폭으로 변하지만 \( 615 \mathrm{~nm} \) 파장에서는 조금 변화하였다. 이는 두 가지의 요인이 있다. 먼저, BTB용액의 농도가 증가할수록 전체적인 흡광도가 증가하는 것이다. 두번째는 악산성을 가지는 BTB 용액의 농도가 높아짐에 따라 물의 산성도에 영향을 줌으로서 약산성화가 진행되어 \( 430 \mathrm{~nm} \) 에서는 증가하고 \( 615 \mathrm{~nm} \) 에서는 감소한다. 이 논문에서는 BTB 용액의 pH 영향을 적게 받은 \( 615 \mathrm{~nm} \) 파장에서 가장 높은 흡광도를 보인 \( 1.0 \% \) 농도의 희석된 BTB 용액을 사용하여 \( \mathrm{CO}_{2} \) 를 측정하였다.</p>
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"액체에서 탄산의 존재를 측정하기위해 사용되는 용액은 무엇인가?",
"Bromothymol blue는 어떤 약인가?",
"Bromothymol blue는 다른말로는 뭐라고 해?",
"BTB는 중성용액에서는 무슨 색이 나타나는가?",
"BTB는 산성에서는 무슨 색을 나타내는가?",
"BTB는 알칼리에서 무슨 색을 나타내는가?",
"가시광선 대역에서 고농도의 BTB 용액 사용이 유리한데 왜 희석한 BTB를 사용했어?",
"그림 6 에서 BTB용액은 몇 \\( \\% \\)보다 짙은색이 나타나?",
"\\( 1.5 \\% \\) 의 농도의 BTB 용액에서는 \\( 700 \\mathrm{~nm} \\) 의 파장에서 흡광도가 감소했어?",
"\\( 1.0 \\% \\) BTB 용액은 \\( 0.5 \\% \\)BTB 용액보다 흡광도가 증가했는 데 몇 \\( \\mathrm{~nm} \\)야?",
"악산성을 가지는 BTB 용액의 농도가 높아짐에 따라 어떤 영향을 줘?",
"\\( \\mathrm{CO}_{2} \\) 에 의한 BTB 용액 의 흡광도는 몇 \\( \\mathrm{~nm} \\)야?",
"Bromothymol blue는 식물의 광합성도 측정하는 데 무엇을 측정하여 알 수 있는가?",
"BTB 용액응 몇 파장에서 흡광도가 변했어?"
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인공물ED
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광촉매 반응을 이용한 총유기탄소 분석 칩
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<h1>4. 결론</h1><p>본 논문에서는 광촉매 반응을 이용하여 휴대용 TOC 분석 칩을 제작하였다. 제안된 TOC 분석 칩은 강산을 첨가하는 산성화 단계를 제외한 산화 및 측정할 수 있는 기능을 포함한다. 산화부에는 유지 보수가 편하고 강한 산화반응을 일으킬 수 있는 광촉매 반응을 적용시켜 용존 유기탄소를 손쉽게 분해할 수 있으며, 측정부는 \( \mathrm{CO}_{2} \) 에 의해 변하는 시료의 pH 변화 값을 pH지시약을 사용하여 광학식으로 측정하였다. 제안된 TOC 분석 칩은 BOD보다 짧은 시간 내에 수중 유기물을 측정을 수행할 수 있으며 COD 보다 간단한 실험 과정으로 저렴하고 간단히 유기물을 분석할 수 있는 장점이 있다.</p>
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"광촉매 반응을 이용해 제작된 휴대용 TOC 분석 칩에서 산화 및 측정을 할 수 없는 건 뭐야?",
"휴대용 TOC 분석 칩은 뭘 이용해서 제작했지?",
"휴대용 TOC 분석 칩을 제작할 때 무엇을 사용해?",
"광촉매 반응을 이용하여 제작된 휴대용 TOC 분석 칩에 포함된 가능은 뭐지?",
"휴대용 TOC 분석 칩의 산화부에 광촉매 반응을 적용한 이유는 뭐지?",
"휴대용 TOC 분석 칩의 산화부에서 광촉매 반응을 적용시켜 손쉽게 분해할 수 있는 건 뭐야?",
"휴대용 TOC 분석 칩의 측정부에서는 \\( \\mathrm{CO}_{2} \\) 에 의해 변하는 시료의 pH 변화 값을 뭘로 측정할까?",
"휴대용 TOC 분석 칩의 측정부에서는 변하는 시료의 pH 변화 값을 pH지시약을 사용해서 어떤 형식으로 측정할까?",
"광촉매 반응을 이용한 휴대용 TOC 분석 칩은 어떤 것보다 짧은 시간 내에 수중 유기물을 측정을 수행할 수 있지?",
"광촉매 반응을 이용한 휴대용 TOC 분석 칩은 어떤 것보다 간단한 실험 과정으로 저렴하고 간단히 유기물을 분석할 수 있지?",
"광촉매 반응을 이용한 TOC 분석 칩은 COD보다 짧은 시간 내에 수중 유기물을 측정을 수행할 수 있으며 BOD보다 간단한 실험 과정으로 저렴하고 간단히 유기물을 분석할 수 있는 장점이 있어?"
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인공물ED
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광촉매 반응을 이용한 총유기탄소 분석 칩
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<h2>3.2 시간에 따른 흡광도 변화 측정</h2><p>프탈산 수소 칼륨 용액 \( (\mathrm{C}=1000 \mathrm{mg} / \mathrm{L}) \) 을 \( 10 \mathrm{mg} / \mathrm{L} \) 로 희석하여, 제안된 TOC 분석 칩에 \( 6 \mathrm{~mL} \) 의 프탈산 수소 칼륨 용액을 주입하여 광촉매 반응으로 \( \mathrm{CO}_{2} \) 기체로 분해하여 \( \mathrm{pH}\) 지시약을 변화시켰다. UV-Vis을 이용하여 \( \mathrm{pH}\) 지시약의 \( 615 \mathrm{~nm} \) 파장의 흡광도 변화를 30 분마다 측정하였다. 그림 8 에 도시된 바와 같이, 산화 시간에 따라 \( 615 \mathrm{~nm} \) 의 흡광도가 점차 감소하였으며, 180분 이상의 시간에서는 변화가 없기 때문에 모든 유기 탄소가 180 분 동안 분해되었음을 알 수 있다. 이후 실험에서는 유기탄소가 충분히 분해될 수 있도록 \( 10 \mathrm{mg} / \mathrm{L} \) 이하의 농도에 서 180 분동안 광촉매 반응을 일으키도록 하였다.</p><h2>3.3 농도에 따른 흡광도 변화 측정</h2><p>TOC분석 칩 상에서 산화부에 \( 2 \mathrm{mg} / \mathrm{L}\), \(4 \mathrm{mg} / \mathrm{L}\), \(6 \mathrm{mg} / \mathrm{L}\), \(8 \mathrm{mg} / \mathrm{L} \) 및 \( 10 \mathrm{mg} / \mathrm{L} \) 농도의 프탈산 수소 칼륨 용액을 각각 3시간씩 광촉매 반응으로 \( \mathrm{CO}_{2} \) 로 분해하여 측정부에 \( \mathrm{pH}\) 지시약의 변화를 UV-Vis로 측정하였다. 그림 9와 같이 프탈산 수소 칼륨의 농도가 높아질수록 \( \mathrm{pH}\) 지시약이 \( 615 \mathrm{~nm} \) 에서 흡광도가 낮아졌다. 이것은 탄소원자를 포함하고 있는 프탈산 수소 칼륨의 농도가 높아질수록 많은 양의 \( \mathrm{CO}_{2} \) 를 발생시키기 때문이다.</p><p>TOC 분석 칩 측정부에 상층과 하부에 \( 615 \mathrm{~nm} \) 광원과 포토다이오드를 설치하여 광촉매 반응 전 \( \mathrm{pH}\) 지시약과 광촉매 반응 후 \( \mathrm{pH}\) 지시약을 광학식으로 측정하여 전류 변화량을 확인하였다. 그림 10 에 보여지는 것처럼 프탈산 수소 칼륨의 농도가 증가할수록 포토다이오드의 전류 변화량이 증가하였다. 프탈산 수소 칼륨의 농도가 증가함에 따라 \( \mathrm{pH}\) 지시약의 \( 615 \mathrm{~nm} \) 파장의 흡광도가 낮아졌고 더 많은 빛이 포토다이오드에 들어옴으로써 전류량이 증가하였다. 희석된 BTB 용액은 긴 시간동안 가시광선에 노출 시 영향을 받기 때문에 실험은 항상 어두운 암실에서 진행되었으며, 농도 변화에 따른 실험마다 새롭게 희석된 BTB 용액을 사용하였다. 그로 인해 물과 BTB의 혼합 시 오차가 발생하였으며 또한 \( 10 \mathrm{~mL} \) 주사기를 이용하여 프탈산 수소 칼륨 용액을 주입 시 주입량에 따라 \( \mathrm{CO}_{2} \) 발생량의 오차가 생길 수 있다.</p>
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"희석된 BTB 용액이 가시광선에 긴 시간 노출 되면 영향을 받기 때문에 실험은 어디서 진행되었니?",
"산화 시간에 따라 615 nm의 투과도가 감소한 게 맞니?",
"포토다이오드의 전류 변화량이 증가한 원인은 무엇인가?",
"어떤 이유가 포토다이오드의 전류 변화량을 증가시켰지",
"프탈산 수소 칼륨의 농도가 증가할수록 포토다이오드의 전류 변화량이 감소한 게 맞니?",
"희석된 BTB 용액은 긴 시간동안 직사광선에 노출 시 영향을 받는 게 맞니?",
"희석된 BTB 용액이 긴 시간 동안 노출 시 영향을 받는 것은 무엇이니?",
"프탈산 수소 칼륨의 농도가 높아질수록 발생하는 것은 뭐야?",
"프탈산 수소 칼륨의 농도가 높아질수록 무엇이 생겨나니",
"프탈산 수소 칼륨의 농도가 높아질수록 더욱 많은 양의 질소가 발생되는 게 맞니?",
"프탈산 수소 칼륨 농도가 증가할수록 함께 증가한 것은 무엇인가?",
"무엇이 프탈산 수소 칼륨 농도가 늘어났을 때 확대되었지",
"산회 사긴에 따라 615 nm 가 감소한 것은 무엇인가?",
"180분 동안 분해된 것은 무엇인가?",
"무엇이 180분 동안 분해되었지?",
"무기 탄소가 180분 동안 분해된 게 맞니?",
"180분 동안 무기 탄소가 분해되었지?",
"희석된 BTB 용액은 가시광선에 긴 시간 노출시 영향을 받기 때문에 실험은 형광등 아래에서 진행된 게 맞니?"
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인공물ED
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독립 구동형 전기자동차의 추진 제어 기법
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<h1>2. 독립 구동형 전기자동차</h1><h2>2.1 시스템 특징</h2><p>전동기 2대 구동형 전기자동차는 전동기 한 대로 구동되는 전기자동차와는 다르게 좌우 구동 바퀴에 전용의 전동기가 각각 구동을 담당하는 시스템으로, 독립적으로 좌우 구동륜을 제어를 할 수 있어 주행특성을 개선시킬 수 있는 자유도를 가지고 있으며, 전동기 한 대로 구동되는 전기자동차에서 필요로하였던 차동기어(Differential Gear)와 동력전달 요소(Axle)를 제거할 수 있기 때문에 차체를 경량화 시킬 수 있는 장점이 있다. 또한 대상 차에 대한 사양이 결정되면 요구되는 속도대 토크 사양을 2대의 전동기로 분담하기 때문에 상대적으로 소형 전동기로 추진시스템을 구축 할 수 있으며 궁극적으로 바퀴에 전동기를 내장하거나 부착하는 추진시스템 구축을 가능하게 하여 조밀 구조화가 가능해지고, 전동기에 의한 무게중심을 대칭적으로 낮게 분산시킬 수 있는 장점을 가지고 있다.</p><p>그림1에 전동기, 감속기, 그리고 바퀴로 구성된 독립된 2개의 구동장치를 갖는 독립 구동형 전기자동차 사진을 나타내었다. 그리고 독립 구동형 전기자동차 용도로 설계 \( \cdot \) 제작한 매입형 영구자석 동기 전동기의 등가 파라미터는 표 1과 같다.</p><table border><caption>표 1 독립구동형 전기자동차용 IPMSM의 파라미터</caption><tbody><tr><td>파라미터</td><td>기 호</td><td>단 위</td><td>값</td></tr><tr><td>영구자석에의한 상당 역기전력</td><td>\(E_0\)</td><td>[\(\mathrm{V}\)]</td><td>82.6</td></tr><tr><td>상당 자속밀도</td><td>\(\phi_f\)</td><td>[\(\mathrm{Web}\)]</td><td>0.08764</td></tr><tr><td>상 저항</td><td>\(R_a\)</td><td>[\(\mathrm{\Omega}\)]</td><td>0.04404</td></tr><tr><td>d축 리액턴스</td><td>\(X_d\)</td><td>[\(\mathrm{\Omega}\)]</td><td>0.42</td></tr><tr><td>q축 리왜턴스</td><td>\(X_q\)</td><td>[\(\mathrm{\Omega}\)]</td><td>0.78</td></tr><tr><td>부하각</td><td>\(\delta\)</td><td>[\(\mathrm{deg}\)]</td><td>40.7</td></tr><tr><td>전류 위상각</td><td>\(\gamma\)</td><td>[\(\mathrm{deg}\)]</td><td>22</td></tr><tr><td>역 률 각</td><td>\(\psi\)</td><td>[\(\mathrm{deg}\)]</td><td>22.73</td></tr><tr><td>상 전류</td><td>\(I_a\)</td><td>[\(\mathrm{A}\)]</td><td>85</td></tr><tr><td>합성 토크</td><td>\(T_{tol}\)</td><td>[\(\mathrm{Nm}\)]</td><td>47.32</td></tr><tr><td>전자기적 토크</td><td>\(T_m\)</td><td>[\(\mathrm{Nm}\)]</td><td>42</td></tr><tr><td>릴럭턴스 토크</td><td>\(T_R\)</td><td>[\(\mathrm{Nm}\)]</td><td>5.1</td></tr><tr><td>최대 출력 (\( 2080 \mathrm{rpm}\))</td><td>\(P_omax\)</td><td>[\(\mathrm{kW}\)]</td><td>49.3</td></tr><tr><td>최대 전류(\(2083\mathrm{rpm}\))</td><td>\(I_max\)</td><td>[\(\mathrm{A}\)]</td><td>300</td></tr></tbody></table><h2>2.2 운전 특성</h2><p>전기자동차 특유의 운전 특성을 인버터에서 수용 가능 할 때 전기자동차 용도로의 우수한 제어 특징을 가질 수 있기 때문에 운전특성을 고려한 제어기 구성을 살펴보면 다음과 같다.</p><p>첫째, 전기자동차는 기동시 가속 특성이 우수해야하고, 정토크 영역에서의 최대 전류는 정격전류의 2배에서 4배까지 되는 큰 부하 변동률을 갖는 운전 특성을 가지므로 정토그 영역에서는 가속 능력을 최대로 발휘하기 위해서는 단외 전류당 최대 토크제어 기법이나 단위 위상각당 최대 토크 제어 기법을 적용하는 것이 고효율 제어나 역률 1 제어 방식 보다 유리하다.</p><p>둘째, 정출력 영역에서의 제어는 전기자동차에서 사용되는 구동전류가 매우 크기(\(200 \mathrm{A} \) 이상) 때문에 고정자 저항이 비록 작더라도(수십 \( \mathrm{m} \Omega \) ) 고정자 저항 성분 때문에 생기는 전압 강하 성분(약 \( 10 \mathrm{Volt} \) 이상)을 무시할 수가 없다. 따라서 고정자 저항 성분에 의해서 생기는 전압강하 성분을 고려한 약계자 제어가 적합하다.</p><p>셋째, 부하의 크기(전류 크기)에 따라 기저 속도가 크게 변동되는 특성 때문에 절대 정토크 영역과 절대 정출력 영역 사이에 정토크 영역과 정출력 영역이 공존하는 주파수 영역을 설정한 후 전압의 포화 유무에 따라 영역을 결정하여 제어하는 방식이 적합하다.</p><p>넷째, 정토크 영역과 정출력 영역에서 계산하는 기준전류는 IPMSM의 등가 파라미터인 \(L_d\) 와 \(L_q\) 를 이용하여 계산되는데, 이들 파라미터는 부하(전류의 크기)와 운전 속도(전류위상각)에 따라 크게 변동되는 파라미터 변동 특성을 고려해주어야 전류 제어기의 특성과 속도 추종성을 개선시킬 수 있다. 이러한 관점은 기존 논문에서는 깊이 고려되지 않은 사항으로, 파라미터 변동에 대한 이제까지의 문헌에서 \(L_d\) 와 \(L_q\) 의 변동을 전류 크기만의 함수로 전제하고 직선의 방정식으로 모형화하여 보상하는 방식과는 구별되는 것으로, \(L_d\) 와 \(L_q\) 에 대한 파라미터 변동을 전류의 크기뿐만 아니라 전류 위상각을 함께 고려하여 이차원 평면 영역 내에서 비 선형으로 변동되는 특징을 벡터제어 알고리즘에 접목시키는 것이 전기자동차 용도로 사용되는 IPMSM의 제어 특성을 향상시키기 위해서 매우 중요하다.</p>
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"표 1 독립구동형 전기자동차용 IPMSM의 파라미터에서 상 저항의 기호는 어떻게 표현하지?",
"본 연구에서 정토크 영역과 정출력 영역에서 계산되는 기준전류는 어떤 방법을 이용하여 계산돼?",
"어떤 방법으로 전기자동차 용도로 사용되고 있는 IPMSM의 제어 특성을 높일 수 있지?",
"표 1에서 \\(E_0\\)라는 기호로 표현하는 파라미터는 무엇이지?",
"표 1에서 합성 토크의 값은 얼마지?",
"표 1에서 \\(I_max\\)라는 기호와 [\\(\\mathrm{A}\\)]라는 단위를 갖는 파라미터의 값은 얼마지?",
"표 1에서 [\\(\\mathrm{Nm}\\)]의 단위와 \\(T_m\\)라는 기호로 나타내는 파라미터는 무엇이지?"
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인공물ED
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역 E급 2.9 GHz/5.8 GHz 주파수 체배기 설계
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<h2>2-2 역 E급 주파수 체배기 설계</h2> <p>역 E급 주파수 체배기를 설계하기 위하여 기존에 발표된 E급 주파수 체배기 및 F급 주파수 체배기와 비교해서 목표 사양을 정했다.</p> <p>본 논문에서는 \( 2.9 \mathrm{GHz} \)의 주파수를 인가하여 \( 5.8 \mathrm{~GHz} \) 주파수를 얻는 2체배기를 설계하였다. 앞에서 기술한 이론 및 설계 수식을 바탕으로 설계된 역 E급 주파수 체배기를 그림 3에 나타내었다. 시뮬레이션 툴은 Agilnet사의 ADS를 사용하였고, 트랜지스터는 Avago사의 ATF-34143을 사용하였다. 드레인 전압은 \( 2 \mathrm{~V} \)를 인가하여 주었다. 입력단은 \( 2.9 \mathrm{GHz} \)가 통과할 수 있도록 설계되었고, 출력단은 식 (6) ~(10)을 이용하여 설계하였다.</p> <p>표 2 는 설계된 역 E 급 주파수 체배기와 E급 주파수 체배기의 부하단 회로의 소자 값들을 분석한 표이다. MMIC(Monolithic Microwave Integrated Circuit)로 제작할 때 큰 인덕턴스가 차지하는 면적이 큰데, E급 주파수 체배기보다 역 E급 주파수 체배기의 인덕턴스값이 낮아서 MMIC 제작에 용이하고, 부하저항 \( R \) 값이 높아서 출력 매칭 회로의 복잡성을 감소 할 수 있다.</p> <table border><caption>표 1. 목표 사양</caption> <tbody><tr><td>항목</td><td>목표사양</td><td>참고문헌 [1]</td><td>참고문헌 [3]</td><td>참고문헌 [8]</td><td>단위</td></tr><tr><td>주파수</td><td>5.8</td><td>1</td><td>5</td><td>2.475</td><td>\( \mathrm{GHz} \)</td></tr><tr><td>변환 이득</td><td>6</td><td>0.5</td><td>2.8</td><td>9</td><td>\( \mathrm{dB} \)</td></tr><tr><td>출력 전력</td><td>21</td><td>22</td><td>25</td><td>11</td><td>\( \mathrm{dBm} \)</td></tr><tr><td>전력 부가 효율</td><td>35</td><td>35</td><td>29</td><td>22</td><td>\( \% \)</td></tr></tbody></table> <p>그림 4는 설계된 역 E급 주파수 체배기의 전력 부가 효율을 나타내고 있다. 설계 목표 사양인 \( 21 \mathrm{dBm} \)에서 \( 35 \% \)의 전력 부가 효율이 나오는 것을 확인할 수 있다.</p> <p>집중 정수 소자로 설계한 역 E급 체배기를 전송선로로 변환한 회로를 그림 5에 나타내었다. 입력단의 전원 공급 라인은 \( 2.9 \mathrm{GHz} \)에서 \( \lambda / 4 \)의 길이로 설계하였고, 출력단의 전원 공급 라인은 \( 5.8 \mathrm{GHz} \)에서 \( \lambda / 4 \) 길이로 설계하였다. 설계된 정합 회로용 소자를 마이크로스트립 전송 선로로 변환하여 최종 회로를 구현하였다.</p> <p>원하는 체배된 하모닉 성분을 확인하기 위해 시뮬레이터를 이용하여 출력 하모닉 스펙트럼을 계산해 보았다. \( 14 \mathrm{dBm} \) 입력 전력이 들어갔을 때 \( 5.8 \mathrm{GHz} \)에서 \( 21 \mathrm{dBm} \)의 출력 전력이 나왔고, \( 5.8 \mathrm{GHz} \)를 제외한 나머지 주파수에서는 \( 40 \mathrm{dBc} \) 이상의 억압 특성을 나타내었다.</p> <p>역 E급 주파수 체배기의 전력 부가 효율 및 이득은 그림 7과 그림 9에 나타나 있다. 출력 전력 21 \( \mathrm{dBm} \)에서 \( 34 \% \)의 전력 부가 효율이 나오는 것을 볼 수 있고, \( 7 \mathrm{~dB} \)의 체배 이득을 얻을 수 있었다. 그림 8은 역 E급 주파수 체배기의 특성을 확인할 수 있는 전류 전압 곡선이다. 기존의 E급 주파수 체배기는 \( 4.3 \mathrm{~V} \) 입력 전압을 인가하였을 때 피크 스위칭 전압이 약 \( 7.1 V_{D C} \)를 보이는 반면에 설계한 역 E급 주파수 체배기는 \( 2 \mathrm{~V} \) 입력 전압을 인가하였을 때 피크 스위칭 전압이 약 \( 5.5 V_{d c} \) 인 \( 11 \mathrm{~V} \)가 나왔다.</p> <p>역 E급 주파수 체배기는 E급 주파수 체배기보다 낮은 피크 스위칭 전압에서 동작하기 때문에 능동소자의 항복 전압 제약이 완화되어 안정적으로 동작할 수 있다.</p> <h2>2-3 역 E급 주파수 체배기 제작</h2> <p>그림 10 은 회로 레이아웃 및 제작된 역 \( \mathrm{E} \) 급 주파 수 체배기이다. 제작된 주파수 체배기는 유전율 \( 3.5 \), 두께 \( 0.76 \mathrm{~mm} \) 테플론 기판을 사용하여 제작되었다. 제작된 주파수 체배기를 주파수 분석기를 이용하여 고조파 성분을 측정한 결과가 그림 11 및 12 이다. \( 2.9 \mathrm{GHz} \)의 입력 전력이 \( 15 \mathrm{dBm} \)일 때 두 번째 고조파인 \( 5.8 \mathrm{GHz} \)에서 출력 전력이 \( 20.9 \mathrm{dBm} \)으로 설계목표치인 \( 21 \mathrm{dBm} \)과 유사한 값이 나온다. 출력 주파수 외의 다른 주파수와는 \( 30 \mathrm{dBc} \) 이상의 차이로 충분한 억압 특성을 나타낸다.</p>
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"전력 부가 효율의 목표를 이미 이룬 참고 문헌은 몇 번 인가요?",
"주파수의 단위는 무엇인가요?",
"전력 부가 효율은 몇 퍼센트까지 올리는 것을 목표로 하나요?",
"참고문헌 3에서 주파수를 얼마까지 올렸어요?",
"참고문헌 3의 전력 부가 효율은 몇 퍼센트일까요?",
"출력 전력의 목표 사양보다 낮은 값을 가지는 참고 문헌은 몇 번인가요?",
"변환 이득의 목표는 몇 \\( \\mathrm{dB} \\)까지 올리는 거예요?",
"참고문헌 8은 변환 이득을 몇 \\( \\mathrm{dB} \\)까지 달성했나요?",
"출력 전력은 몇 \\( \\mathrm{dBm} \\)으로 만드는 게 목표예요?",
"출력 전력은 어떤 단위를 사용하나요?",
"주파수의 목표 사양은 몇 \\( \\mathrm{GHz} \\)인가요?",
"변환 이득의 단위는 어떻게 나타내나요?",
"전력 부가 효율은 어떤 단위를 사용하나요?",
"참고문헌 8에 나온 출력 전력은 어떻게 되나요?",
"\\( 2.9 \\mathrm{GHz} \\)를 받아 \\( 5.8 \\mathrm{~GHz} \\)로 만드는 기곌를 뭐라고 부르나요?",
"본 논문에서는 \\( 5.8 \\mathrm{~GHz} \\) 를 만들기 위해 주파수 얼마를 받아오나요?"
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인공물ED
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다출력 컨버터의 대기전력 저감에 관한 연구
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<h1>3. 실험 결과</h1> <p>그림 7은 당사의 선행과제를 통해 제안한 기술이 구현된 다출력 구조의 110[\(\mathrm{W}\)]와 270[\(\mathrm{W}\)]급 SMPS의 실물사진이다. 110[\(\mathrm{W}\)]급 컨버터는 두 개의 출력을 가진 단일 컨버터 구조로 궤환에 의해 제어되지 않는 비제어 출력은 제안된 SSPR에 의해 제어된다. 그리고 토폴로지로 의사공진 플라이백을 사용하여 대부분의 부하영역에서 최소전압 스위칭을 통해 고효율화를 실현하고 있다. 또한, 극소부하 영역에서는 스킵싸이클 동작을 통해 대기모드 소비전력을 극소화 하도록 설계되었다. 270 [\(\mathrm{W}\)]급 컨버터는 두 개의 출력을 가진 다중 컨버터로 구성되어 있으며, 주 컨버터는 비대칭(Asymetrical PWM) 하프브릿지 플라이백이고 보조 컨버터는 일반 플라이백을 토폴로지로 사용하였다. 보조 컨버터는 정격출력 30[\(\mathrm{W}\)]급으로 설계되었으며, 대기모드 시 제안한 전류모드 제어를 통해 전력소모를 절감한다. 주 컨버터는 스위치 공진형 타입으로 대부분의 부하영역에서 소프트 스위칭을 통해 고효율을 달성하지만, 극소부하에서는 1차측 순환전류로 인하여 효율이 좋지 않다. 따라서 대기모드에서는 주 컨버터와 더불어 보조회로들도 꺼지며, 보조 컨버터는 전류 모드 제어를 통해 스위칭 횟수가 제한된 상태로 동작하여 대기전력 소모를 감소한다.</p> <p>그림 8과 9는 각각 110[\(\mathrm{W}\)]와 270[\(\mathrm{W}\)]급 SMPS의 대기모드 시와 최대부하 시의 동작파형이다. 270[\(\mathrm{W}\)] SMPS의 보조 컨버터에 사용된 전류모드 제어기에 의해 제어되는 동작파형이 110[\(\mathrm{W}\)] SMPS의 스킵싸이클 동작과 유사하다. 이유는 스킵싸이클과 전류모드 제어에 의한 동작 모두 전력소모를 절감하는 기본 원리는 스위칭 횟수를 제한하는 것이기 때문이다. 전부하 조건에서 110[\(\mathrm{W}\)] 컨버터는 최소전압 스위칭 동작을 하고, 270[\(\mathrm{W}\)] SMPS의 보조 컨버터는 연속 도통 모드(Continuous Conduction Mode; CCM)에서 동작함을 확인할 수 있다.</p> <p>표 1은 110[\(\mathrm{W}\)]와 270[\(\mathrm{W}\)]급 SMPS에서 제안된 SSPR과 전류모드 및 Power Sequence 제어기술이 적용되기 전과 적용 후의 대기모드 소비전력이다. 여기서 무부하와 대기모드 시 출력전력은 각각 0[\(\mathrm{W}\)]와 0.3[\(\mathrm{W}\)]를 기준으로 한다. 무부하 시와 대기모드 시의 소비전력 감소율이 각각 \( 83.4 \% \)와 \( 72.7 \% \)로 제안한 기술에 의해 극소부하 시의 소비전력이 크게 개선됨을 확인할 수 있다. 표 2는 110[\(\mathrm{W}\)] SMPS에 제안된 SSPR을 적용하기 전과 후의 크로스 레귤레이션 성능 차이를 보여준다. 출력 24[\(\mathrm{V}\)]에 대하여 크로스 레귤레이션 기준은 \( \pm 10 \%\)(21.6[\(\mathrm{V}\)]~26.4[\(\mathrm{V}\)])이다. 표 1에서 확인할 수 있듯이 제안된 SSPR을 적용하기 전에는 5[\(\mathrm{V}\)] 제어 출력이 전부하(3[\(\mathrm{A}\)])이고, 24[\(\mathrm{V}\)] 비제어 출력이 무부하(0[\(\mathrm{A}\)])에서 출력전압이 42.3[\(\mathrm{V}\)]로 매우 높게 관측되었다. 이러한 크로스 레귤레이션 성능 저하는 출력부에 심한 스트레스를 줄 수 있으며, 특히 출력 다이오드와 캐패시터, 그리고 출력에 연결된 다른 기기들을 손상시킬 수 있다. 그러나 SSPR을 적용한 뒤에는 같은 조건에서 출력전압이 26.0[\(\mathrm{V}\)]로 제한되었다.</p> <p>제안된 SSPR의 동작 특성 상 26[\(\mathrm{V}\)] 이상의 과전압을 직렬 MOSFET에서 소모하기 때문에 높은 발열과 소자의 스트레스를 우려할 수 있다. 그러나, 비제어출력의 무부하 조건에서 출력단의 전력소모는 출력 캐패시터의 등가 직렬저항(Equivalent Series Resistor; ESR)에서 소모되는 정도이다. 따라서, 상기의 조건에서 출력단에 흐르는 전류는 매우 작아 SSPR 직렬 MOSFET의 발열은 경미한 수준이다.</p> <table border><caption>표 1 SMOS의 대기모드 소비전력 감소량</caption> <tbody><tr><td rowspan=2>SMPS</td><td colspan=2>제안기술 적용 전</td><td colspan=2>제안기술 적용 후</td></tr><tr><td>무부하</td><td>대기모드</td><td>무부하</td><td>대기모드</td></tr><tr><td>\(110 \mathrm{W} \)급</td><td>\(2.65 \mathrm{W} \)</td><td>\(3.04 \mathrm{W} \)</td><td>\(0.44 \mathrm{W} \)</td><td>\(0.83 \mathrm{W} \)</td></tr><tr><td>\(270 \mathrm{W} \)급</td><td>\(1.17 \mathrm{W} \)</td><td>\(2.23 \mathrm{W} \)</td><td>\(0.39 \mathrm{W} \)</td><td>\(0.82 \mathrm{W} \)</td></tr></tbody></table> <table border><caption>표 2 크로스 레귤레이션 성능 변화</caption> <tbody><tr><td rowspan=2>\(24 \mathrm{V} \) 출력전압</td><td colspan=2>부하조건</td></tr><tr><td>\(5 \mathrm{V} / 0.1 \mathrm{A}, 24 \mathrm{V} / 4 \mathrm{A} \)</td><td>\(5 \mathrm{V} / 3 \mathrm{A}, 24 \mathrm{V} / 0 \mathrm{A} \)</td></tr><tr><td>No SSPR</td><td>\( 22.4 \mathrm{V} \)</td><td>\( 42.3 \mathrm{V} \)</td></tr><tr><td>SSPR</td><td>\( 22.7 \mathrm{V} \)</td><td>\( 26.0 \mathrm{V} \)</td></tr></tbody></table>
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"선행과제를 통해 제한된 기술은 어떻게 구성되어있는가?",
"비제어 출력을 제어하는 방법은?",
"고효율화를 실현시킬 수 있는 방법은?",
"그림 8과9는 어떻게 이루어져 있니?",
"270[\\(\\mathrm{W}\\)] SMPS의 보조 컨버터에 사용된 전류모드 제어기에 의해 제어되는 동작파형과 110[\\(\\mathrm{W}\\)] SMPS의 스킵싸이클 동작은 어떻게 유사한가?",
"전부하 조건에서의 110[\\(\\mathrm{W}\\)] 컨버터는 어떻게 동작하는가?",
"270[\\(\\mathrm{W}\\)] SMPS의 보조 컨버터는 어떻게 작동하는가?",
"표 1에서 무부하와 대기모드 시 출력전력은 어떻게 비교되었는가?",
"제안한 기술로 인해서 무부하 시와 대기모드 시에 소비전력은 어떻게 되었는가?",
"극소부하 영역은 어떻게 설계되었는가?",
"270 [\\(\\mathrm{W}\\)]급 컨버터의 구성 방법은?",
"보조 컨버터가 대기모드 시 전력 소모를 할 수 있는 방법은?",
"다중 컨버터 중 주 컨버터와 보조 컨버터는 어떻게 구성되어있는가?",
"주 컨버터가 고효율을 낼 수 있는 방법은?",
"대기모드에서 어떻게 전력 소모를 감소할 수 있는가?",
"SSPR 적용하지 않았을 때, \\(5 \\mathrm{V} / 0.1 \\mathrm{A}, 24 \\mathrm{V} / 4 \\mathrm{A} \\)인 조건에서 출력전압은 얼마인가?",
"같은 조건에서 출력전압이 26.0[\\(\\mathrm{V}\\)]로 제한할 수 있는 방법은?",
"제안기술 적용 전 무부하 상태에서 SMPS \\(110 \\mathrm{W} \\)급에서 SMOS 대기모드 소비전력 감소량은 얼마인가?",
"SSPR는 어떻게 높은 발열과 소자의 스트레스를 유도하는가?",
"제안기술 적용 후 가장 소비전력 감소량이 비슷한 모드는 무엇인가?",
"출력부에 심한 스트레스를 주는 방법은?",
"SSPR 적용 전에 비제어 출력은 무부하에서 어떻게 관측되었는가?",
"SSPR을 적용하기 전 22.4v에서 어떻게 변화하였는가?",
"SSPR 적용 전에 비제어 출력은 무부하에서 110w급에서 어떻게 관측되었는가?"
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인공물ED
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입출력 데이터 기반 Q-학습과 LMI를 이용한 선형 이산 시간 시스템의 모델-프리 H∞ 제어기 설계
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<h1>5. 수치 예제</h1> <p>위에서 새로이 제시된 \( H_{\infty} \) 제어기 설계의 유용성을 보이기 위한 다음의 간단한 선형이산시간 시스템을 생각하자.</p> <p>\( \left\{\begin{array}{l}x_{k+1}=\left[\begin{array}{cc}0.1 & 1.0 \\ 0.5 & -0.3\end{array}\right] x_{k}+\left[\begin{array}{l}0 \\ 1\end{array}\right] u_{k}+\left[\begin{array}{l}1 \\ 0\end{array}\right] w_{k} \\ z_{k}=\left[\begin{array}{ll}1 & 0\end{array}\right] x_{k}\end{array}\right. \)<caption>(15)</caption></p> <p>여기서 시스템 행렬의 고유치는 \( \lambda(A)=\{0.6348,-0.8348\} \circ \)이므로, 개루프(open-loop) 시스템은 안정하다. 위 시스템 (15에서 시스템의 행렬들이 모두 알려진 경우의 표준 \( H_{\infty} \) 제어를 잘 알려진 LMI (6)에 의하여 구하면 다음을 얻는다,</p> <p>\( \gamma_{\text {open }}=3.7037, \quad \gamma^{*}=1.0522, \quad K^{*}=-\left[\begin{array}{lll}0.6030 & 0.7319\end{array}\right] \)<caption>(16)</caption></p> <p>여기서 \( \gamma_{\text {open }} \)은 개루프(open-loop) 상태의 \( L_{2} \)이득이고, \( \gamma^{*}, K \)는 모든 시스템 행렬이 알려진 경우의 최적 \( L_{2} \)이득과 이 띠의 제어기 행렬이다.</p> <p>다음은 위에서 새로이 제시된 Q-학습을 이용한 제어기를 설계한다. 이를 위하여 시스템을 충분히 자극시킬 수 있는 주파수 성분이 풍부한 외란 \( w_{k}, v_{k} \)가 필요하다. 이를 위하여 여기서는 각각 평균편차(variance) \( 1,10^{-6} \)를 갖는 각각 영 평균 백색 무작위(zero mean white random) 신호를 선택히였다. 다음의 그림 1은 시뮬레이션에 사용된 \( w_{k}=w_{k}^{0} \)를 나타 낸다.</p> <p>또한 제시된 \( H_{\infty} \) 제어기 설계 기법이 초기제어기의 선택에 대하여 강인함을 보이기 위하여, 폐루프 시스템의 안정도를 보장하는 다음의 서로 다른 두 개의 초기 제어기를 사용하여 시뮬레이션을 수행한다.</p> <p>\( \left\{\begin{array}{l}\text { Case }(\mathrm{i}): K^{(0)}=[0.0,0.0] \\ \text { Case }(\mathrm{ii}): K^{(0)}=[0.1,-0.1] .\end{array}\right. \)<caption>(17)</caption></p> <p>시뮬레이션에서 LMI로 표시된 문제의 해를 구하기 위하여 Matlab의 mincx.m을 사용하였고, 시간에 따른 궤적을 얻기 위하여 simulink를 이용하였다.</p> <p>그리고, 시뮬레이션에서는 \( N=100, \varepsilon=10{ }^{9}, \alpha=0.1 \) 의 변수값들이 이용되었다. 위에서 새로이 제시된 \( H_{\infty} \) 제어기 설계 알고리즘에 의하여 위의 두 가지 경우의 초기치에 대한 각 반복(iteration)에 대한 \( L_{2} \) 최소값 \( \gamma^{(i)} \)와 이에 상응한 \( H_{\infty} \) 제어기 \( K^{(i)}=\left[K_{1}^{(i)}, K_{2}^{(i)}\right] \)를 얻었다. 이를 그림으로 표시한 것이 다음의 그림 2와 그림 3이다. 먼저 그림 2는 Case (i)에 대한 결과이고 다음 그림 3은 초기치 case (ii)에 대한 결과이다.</p> <p>위의 결과들은 우리가 예측한 바대로 유한한 반복지수 \( (i \simeq 40) \)에서 수렴하며 이의 수렴한 값과 모든 시스템의 행렬이 알려진 경우와의 비교는 다음의 표 1에 제시되었다.</p> <p>이 표에서 보듯이 새로이 제시된 Q-학습에 의한 \( H_{\infty} \) 제어기 설계 결과는 모든 시스템 행렬이 알려진 경우에 매우 유사하고 최적제어의 \( L_{2} \) 이득 보다 약간 작다. 이는 최적제어의 경우는 모든 \( w_{k} \)에 대한 설계이나, Q-학습에 이용된 외란은 특별한 경우의 \( w_{k}^{0} \)이기 때문이다. 만약 여러 가지 경우의 외란 \( w_{k} \) 를 이용하여 Q-학습에 의한 제어기를 설계하였다면 두 경우의 \( L_{2} \)이득과 제어기 행렬은 동일할 것이다.</p> <p>다음은 외란 \( w_{k}=w_{k}^{0} \)에 대하여 설계된 위의 제어기들에 대하여 다음의 서로 다른 세 가지 외란이 각각 가하여진 경우에 대하여</p> <p>\( w_{k}=\left\{\begin{array}{l}w_{k 1}=w_{k}^{0} \\ w_{k 2}=\sin (0.1 k) \\ w_{k 3}=\sin (k)+\cos (0.1 k)\end{array}\right. \)</p> <p>각각의 시스템의 시간궤적을 구하고 이들의 I/O 데이터로부터 계산된 \( L_{2} \)이득을 다음 표 2에서 보여준다.</p> <table border><caption>표 2 서로 다른 외란 \( w_{k} \)에 대한 \( L_{2} \) 이득 비교</caption> <tbody><tr><td rowspan=2></td><td rowspan=2>최 적 \( H_{\infty} \)</td><td colspan=2>Q-학습 \( H_{\infty} \)</td></tr><tr><td>case (i)</td><td>case (ii)</td></tr><tr><td>\( w_{k 1} \)</td><td>1.0398</td><td>1.0420</td><td>1.0420</td></tr><tr><td>\( w_{k 2} \)</td><td>1.0485</td><td>1.0479</td><td>1.0479</td></tr><tr><td>\( w_{k 3} \)</td><td>1.0419</td><td>1.0413</td><td>1.0413</td></tr></tbody></table> <p>위의 표 2는 새로이 제시된 Q-학습을 이용한\( H_{\infty} \) 제어기 설계 결과는 모든 시스템 행렬이 알려진 경우의 최적 \( H_{\infty} \)에 비해 그 차이가 매우 미미함을 보이 보이고, 만약 설계 시 \( w_{k} \)가 좀 더 충분한 주파수 특성을 가져 모든 \( w_{k} \) 에 해당된다면 이의 결과는 동일하게 될 것이다.</p>
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"표 2 서로 다른 외란 \\( w_{k} \\)에 대한 \\( L_{2} \\) 이득 비교에서 최 적 \\( H_{\\infty} \\)이 1.0398인 것은 무엇입니까?",
"표 2 서로 다른 외란 \\( w_{k} \\)에 대한 \\( L_{2} \\) 이득 비교에서 최 적 \\( H_{\\infty} \\)이 1.0419인 것은 무엇입니까?",
"표 2에서 \\( w_{k 3} \\)일 때, Q-학습 \\( H_{\\infty} \\),case (ii)은 무엇입니까?",
"표 2에서 Q-학습 \\( H_{\\infty} \\),case (i)일 때, \\( w_{k 1} \\)는 무엇입니까?",
"표 2 서로 다른 외란 \\( w_{k} \\)에 대한 \\( L_{2} \\) 이득 비교에서 최 적 \\( H_{\\infty} \\)의 수치가 가장 큰 것은 얼마입니까?",
"본문에서 제시된 \\( H_{\\infty} \\) 제어기 설계 기법이 초기제어기의 선택에 대해 강인함을 나타내려 어떠한 방법으로 시뮬레이션을 수행하는가?"
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인공물ED
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상호작용 이중-모드 조정방법을 이용한 저항률 영상 복원
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<h1>요 약</h1><p>전기 저항률 단층촬영법(ERT)은 표면 전극으로부터 측정된 전압을 사용하여 물체 내부의 임피던스 분포를 영상화하는 기술이다. ERT 역문제는 비정치성(ill-posedness)이 매우 심하여 영상복원의 수렴성을 확보하기 위해 조정방법이 사용된다. 사용된 조정방법에 따라 영상복원 성능이 달라지므로 상황에 따라 보다 강건한 영상 복원 성능을 얻기 위해, 서로 다른 영상복원 특성을 나타내는 L1-norm 조정방법과 Total Variation (TV) 조정방법의 두 개의 모드가 상호작용하는 상호작용 이중-모드 조정방법을 제안하였다. 제안한 이중-모드 조정방법은 실제 상황에 따라 달라지는 모드 확률을 계산하고 이에 근거하여 적합한 모드를 선택하거나 두 개의 모드를 결합한다. 모의실험을 수행하여 제안된 기법의 영상 복원 성능을 평가한 결과 비교적 양호한 성능을 나타내었다.</p><h1>1. 서론</h1><p>전기 저항률 단층촬영법(electrical resistivitytomography; ERT)은 내부 저항률 분포를 알고자하는 대상체 표면에 여러 개의 전극을 부착하고,이를 통하여 전류를 주입하고 전압을 측정하여 절단면의 저항률 분포를 영상화하는 기술을 의미한다. ERT 기술은 인체나 이상(two-phase)유동장 등과 같이 내부 저항률 분포의 가시화가 필요한 분야에서 연구가 활발히 이루어지고 있다. ERT의 영상복원은 측정전압 \( \left(V_{m}\right) \)과 추정된 저항률 분포에서의 계산전압 \( \left(V_{c}(\rho)\right) \)의 차, 즉 전압데이터에 대한 잔류오차의 \( 1.2-\mathrm{norm}\left(\|\cdot\|^{2}\right. \) )을 최소화하는 최소자승문제로 목적함수를 설정하여 미지의 저항률 분포를 찾는다. 그리고 일반적으로 Gauss-Newton 알고리즘을 사용하며 수렴이 될 때까지 반복하여 저항률 분포 영상을 얻는다. 그러나, ERT의 영상복원은 Hessian 행렬 (. \( J^{T} J \), , J: Jacobian)의 역행렬 계산 시 최대 고유치와 최소고유치의 비로 정의되는 조건수(conditionnumber)가 매우 큰 비정치성이 강한 역문제로 내부의 저항률 분포 영상을 얻기가 어렵다. 따라서 의미있는 저항률 분포 영상을 얻기 위하여 목적함수에 저항률 분포 변화에 대한 제약 조건으로Tikhonov 조정방법과 같은 L2-norm 조정방법을 부가적으로 추가한다. 그러나, L2-norm 조정방법은 저항률 분포의 갑작스런 변화를 제약함으로써, 즉, 저항률 분포에 대한 smoothing 효과를 줌으로써 내부 저항률 분포 영상을 안정적으로 얻을 수 있는 장점을 갖고 있으나, 저항률분포를 연속적 형태로 추정하여 이상 유동장과 같이 저항률 분포가 계단 형태로 변하는 배경과표적(anomaly) 간의 경계를 표현하는데 한계가있다.</p><p>이를 극복하고자 최근 ERT 연구에서는 L1-norm 조정방법과, total variation (TV)조정방법등이 제안되었다. L1-norm 조정방법은 L2-norm 조정방법과 마찬가지로 내부 저항률 분포를 연속적 형태로 추정하기는 하나, smoothing 효과가 감소하여 L2-norm 조정방법에 비하여 표적의 경계를 더 잘 추정한다. 그리고 TV 조정방법은 결과적으로 L1-norm 조정방법의 일종이지만, 일반적인 L1-norm 조정방법이 연속적인 형태로 저항률 분포를 추정하는 데 반해 표적과 배경의 저항률을 비교적 균일하게 추정하고 표적의 경계에서 저항률 분포를 이산적으로 추정함으로써 보다 나은 복원 영상을 얻는다. 그러나,TV 조정방법은 일반적인 L1-norm 조정방법에 비하여 노이즈가 증가함에 따라 영상 복원 성능이 떨어지는 한계가 있다. 한편, L1-norm 조정방법과 아울러 목적함수에서 전압 데이터에 대한 잔류오차의 L2-norm 대신 L1-norm을 사용함으로써 노이즈에 대해 보다 강건한 영상을 얻을 수있음을 보여 주었다.</p><p>따라서 본 논문에서는 ERT 영상 복원 성능이 조정방법에 따라 달라지므로 L1-norm 조정방법과 TV 조정방법의 한계를 상호 보완함으로써 보다 강건한 영상 복원 성능을 나타낼 수 있도록 두 조정방법이 상호작용하는 이중-모드(Interacting Dual-Mode; IDM) 조정방법을 제안하였다. 이때 전압 데이터의 잔류오차 항에 대해서도 L1-norm을 사용하였다. 제안한 IDM 조정방법에서는 L1-norm 조정방법과 TV 조정방법의 두 모드 간 상호작용과, 두 모드의 가능성 함수(likelihood function)에 의한 모드 확률을 계산하여 상황에 따라 최적의 저항률 분포를 추정함으로써 복원 성능을 개선하고자 하였다. 이상 유동장 단면의 저항률 분포를 추정하기 위한 몇 가지 시나리오를 설정하여 모의실험을 수행하였고 제안한 기법의 영상 복원 성능을 평가하였다.</p>
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"물체 내부의 임피던스 분포를 영상화하는 기술을 무엇이라고 합니까?",
"ERT 역문제에서 조정방법을 사용하는 이유는 영상복원의 수렴성을 확보하기 위해서인가?",
"물체 내부의 임피던스 분포를 영상화하는 기술을 뭐라고 하는가?",
"ERT는 물체 내부의 무엇을 영상화하는 기술인가?",
"ERT는 물체 외부의 임피던스 분포를 영상화하는 기술인가?",
"ERT은 물체 내부의 임피던스 분포를 영상화하는 기술인가?",
"ERT 역문제에서 강한 성질은 무엇인가?",
"ERT는 물체 내부의 무엇을 영상화하는 기술인가?",
"ERT 역문제에서 조정방법을 사용하는 이유는 무엇인가?",
"전기 저항률 단층촬영법은 무엇을 이용하여 물체 내부의 임피던스 분포를 영상화하는가?",
"영상복원의 성능은 무엇에 의해 달라지는가?",
"전기 저항률 단층촬영법은 표면전극의 전류를 통해 이용하여 물체 내부의 임피던스 분포를 영상화하는가?",
"영상복원의 성능은 무엇에 의해 달라지는가?",
"전기 저항률 단층촬영법은 무엇을 이용하여 물체 내부의 임피던스 분포를 영상화하는가?",
"서로 다른 영상복원 특성을 나타내는 조정방법은 3개인가?",
"서로 다른 영상복원 특성을 나타내는 조정방법은 몇개가 있는가?",
"두 개의 모드가 상호작용하는 조정방법을 상호호환 이중-모드 조정방법이라고 하나?",
"ERT는 대상체 표면에 무엇을 부착해야는가?",
"모의실험에서는 제안된 기법의 어떤 성능을 비교하였는가?",
"ERT는 대상체 표면에 무엇을 부착해야 하는가?",
"ERT는 대상체 표면에 하나의 전극을 부착해야 하는가?",
"ERT 역문제에서 강한 성질은 무엇인가?",
"내부 저항률 분포의 가시화가 필요한 분야의 예시는 무엇이 있는가?",
"저항률 분포 영상을 얻기 위해서는 어떤 알리즘을 이용하는가?",
"내부 저항률 분포의 가시화가 필요한 분야의 예시에는 인체가 있는가?",
"저항률 분포 영상을 얻기위해서는 알고리즘이 필요한가?",
"Gauss-Newton 알고리즘으로 얻는 영상은 무엇인가?",
"Gauss-Newton 알고리즘을 사용하여 얻을 수 있는 것은 무엇인가?",
"서로 다른 영상복원 특성을 나타내는 조정방법에는 무엇과 무엇이 있는가?",
"두 개의 모드가 상호작용하는 조정방법을 무엇이라고 하는가?",
"모드 확률을 계산하고 적합한 모드를 선택하는 조정방법은 무엇인가?",
"모의실험에서는 어떤 성능을 비교하였는가?",
"ERT 역문제에서는 영상복원의 수렴성을 확보하는 것이 필요하나?",
"ERT 역문제에서 강한 성질은 비정치성인가?",
"내부 저항률 분포의 가시화가 필요한 분야에는 이상유동장이 있는가?",
"저항률 분포 영상은 알고리즘이 발산할까지 반복하여 저항분포 영상을 얻는가?",
"ERT는 대상체 표면에 여러 개의 전극을 부착한 후 어떻게 저항률분포를 알아낼 수 있는가?",
"Gauss-Newton 알고리즘을 사용하여 얻는 것은 저항률인가?",
"영상복원의 성능은 사용된 조정방법과는 무관하게 항상 동일한가?",
"서로 다른 영상복원 특성을 나타내는 조정방법은 몇개가 있는가?",
"모드 확률은 실제 상황에 따라 달라지지 않는가?",
"제안한 이중-모드 조정방법은 두개의 모드를 결합하는 경우도 생기는가?",
"모의실험에서는 영상 복원 성능을 비교하였나?",
"두 개의 모드가 상호작용하는 조정방법ㄹ 무엇이라고 하는가?",
"저항률 분포 영상을 얻기 위해서는 어떤 알고리즘이 필요한가?"
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인공물ED
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상호작용 이중-모드 조정방법을 이용한 저항률 영상 복원
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<h2>4. 상호작용 이중-모드 조정방법</h2><p>ERT에서는 조정방법에 따라 영상 복원 성능이 달라지므로 본 논문에서는 최적의 영상을 찾기 위해 두 개의 조정방법(L1-norm 조정방법과 TV조정방법)을 보완하여 상호작용하는 이중-모드(Interacting dual-mode regularization method;IDM) 조정방법을 제안하였다. IDM 조정방법은 ERT에서 모델 불확실성에 따른 동적 복원 알고리즘인 확장 칼만 필터의 성능을 개선하기 위해 적용된 Interacting Multiple model(IMM) 알고리즘의 접근방법과 유사하며, 본 논문에서는 정적 복원 알고리즘에 있어서 두 개의 조정방법 간 상호작용을 위해 제안되었다. 제안한 IDM 조정방법은 이중-모드상호작용, 모드의 저항률 분포갱신, 모드의 확률갱신, 최종 저항률 분포 추정의 다음 4 단계 반복 연산에 의해 수행된다.</p><h3>(1)이중-모드 상호작용</h3><p>1 단계에서는 현재의 모드 확률을 바탕으로 모드간 상호작용이 일어나도록 각 모드의 예측된 모드 확률을 계산하고 이를 토대로 각 모드의 혼합된 초기 추정치를 계산한다. 예측된 모드 확률</p><p>\( \mu_{T}^{j}(i)=\left(\pi^{j}\right)^{T} \mu_{i}, j=1,2 \)<caption>(17)</caption></p><p>여기서 \( \mu_{T}^{j}(i) \div j \) 모드의 \( i \) 번째 반복 연산에서의 예측된 모드 확률을 의미하며, \( \pi^{j} \equiv \pi(i, j) \)로 \( j \) 모드의 모드 간 전이확률(transition probability)이고, \( \mu_{i} \)는 \( i \)번째 반복 연산의 모드 확률이다. 모드의 혼합된 초기 추정치</p><p>\( \rho_{i}^{\circ j}=\frac{1}{\mu_{T}^{j}(i)} \sum_{k} \hat{\rho}_{i}^{k} \pi^{j}(k) \mu_{i}(k), \quad k=1,2 \)<caption>(18)</caption></p><p>여기서 \( \rho_{i}^{0 j} \)는 \( j \) 모드의 혼합된 초기 추정치이다.</p><h3>(2) 모드의 저항률 분포 갱신</h3><p>2 단계에서는 1단계의 각 모드의 혼합된 초기 추정치를 이용하여 아래와 같이 각 모드에서 저항률 분포를 갱신한다.</p><p>모드1의 저항률 분포 갱신 (L1-norm 조정방법)</p><p>\( \hat{\rho}_{i+1}^{1}=\rho_{2}^{01}+H_{L 1}^{-1} G_{L 1} \)<caption>(19)</caption></p><p>\( H_{L 1} \equiv J_{1}^{T} D_{V 1}^{T} \Sigma_{V}^{-1} D_{V 1} J_{1}+\alpha D_{p}^{T} R^{T} R D_{0} \)</p><p>\( G_{L 1} \equiv J_{1}^{T} D_{V 1}^{T} \Sigma_{V}^{-1} D_{V 1}\left(V_{m}-V_{c}\left(\widehat{\rho_{1}^{1}}\right)\right) \)</p><p>\( \left[D_{V 1}\right]_{\pi, \pi}=\left(\left[\mid V_{m}-V_{c}\left(\begin{array}{c}\hat{\rho}_{i}^{1}\end{array}\right)\right]_{n}+\beta\right)^{-\frac{1}{2}} \)</p><p>\( \left[D_{\rho_{1, n}}\right]_{n}=\left(\left[\left|\left(\hat{\rho}_{i}^{-1}\right)-\rho_{0}\right|\right]_{n}+\beta\right)^{-\frac{1}{2}} \)</p><p>\( J_{1} \equiv \dot{V}_{c}\left(\hat{\rho}_{i}^{1}\right) \)</p><p>모드2의 저항률 분포 갱신 (TV 조정방법)</p><p>\( \hat{\rho}_{i+1}^{2}=\rho_{i}^{02}+H_{T V}^{-1} G_{T V} \)<caption>\( (20) \)</caption></p><p>\( H_{T V} \equiv J_{2}^{T} D_{V 2}^{T} \Sigma_{V}^{-1} D_{V 2} J_{2}+\alpha R^{T} E^{-1} R \)</p><p>\( G_{T V} \equiv J_{2}^{T} D_{V 2}^{T} \Sigma_{V}^{-1} D_{V 2}\left(V_{m}-V_{c}\left(\hat{\rho}_{1}^{2}\right)\right)-\alpha R^{T} E^{-1} R \rho_{2}^{02} \)</p><p>\( \left[D_{V_{2}}\right]_{m, n}=\left(\left[\left|V_{m}-V_{c}\left(\hat{\rho_{i}^{i}}\right)\right|_{n}+\beta\right)^{-\frac{1}{2}}\right. \)</p><p>\( [E]_{n, n}=\left[\sqrt{\left(R_{n} \rho_{i}^{02}\right)^{2}+\beta}\right] \)</p><p>\( J_{2} \equiv \dot{V}_{c}\left(\rho_{i}^{3}\right) \)</p><h3>(3) 모드의 확률 갱신</h3><p>3단계에서는 2단계에서 갱신된 각 모드의 저항률 분포에 대한 전압을 계산하여 측정전압 간의 잔류오차를 계산하고 이에 따른 가능성 함수를 계산하여 모드 확률을 갱신한다. 이때 일반적인 IMM 방법과는 달리 제안한 IDM 방법에서는 정적 복원알고리즘을 기반으로 하고 있어 식 (17)의 예측된 모드확률의 신뢰도 여부를 조사하여 모드확률을 갱신한다. 여기서 \( L_{i}^{j}, e_{i}^{j}, S^{j} \)는 각각 \( j \) 모드의 가능성 함수, 잔류오차, 잔류오차의 공분산 행렬을 의미하며, 각 모드의 가능성 함수는 측정전압과 식 (19) 또는 식 (20)에 의해 추정된 저항률 분포에서의 계산 전압 간의 차인 잔류오차에 의해 결정된다. 모드 확률 갱신</p><p>\( \mu_{i}^{j}+1=\left\{\begin{array}{l}L_{i}^{j} \mu_{i}^{j} \mu_{T}^{j}(i) / \sum_{j} L_{i}^{j} \mu_{i}^{j} \mu_{T}^{j}(i), \phi=0 \text { 일때 } \\ L_{i}^{j} \mu_{i}^{j} \mu_{T}^{j}(1) / \sum_{j} L_{i}^{j} \mu_{i}^{j} \mu_{T}^{j}(1), \phi=1 \text { 일 때 }\end{array}\right. \)<caption>(22)</caption></p><p>여기서 \( \mu_{i+1}^{j} \) 느 \( j \) 모드의 갱신된 모드 확률이고, \( \phi=0 \)는 식 (17)의 예측된 모드 확률에 대한 신뢰도를 판단하는 것으로, 신뢰도가 있는 경우는 \( \phi=0 \) 이고, 신뢰도가 없는 경우는 \( \phi=1 \) 이 된다. 만일 예측된 모드 확률이 신뢰도가 없다면 갱신된 모드확률 \( \mu_{i+1}^{j} \) 는 첫 번째 예측된 모드 확률 \( \mu_{T}^{j}(1) \) 을 사용하여 계산한다. 이때 예측된 모드 확률의 신뢰도는 다음 식 (23)과 (24)에 의해 판단하다.</p><p>\( D(i)=\left\{\begin{array}{l}0, \frac{L_{i}^{1}}{L_{i}^{2}} \leq 1 \\ 1, \frac{L_{i}^{1}}{L_{i}^{2}}>1\end{array}\right. \)<caption>\( (23) \)</caption></p><p>\( \phi=\left\{\begin{array}{ll}0, & |D(i)-D(i-1)|=0 \text { 일 때 } \\ 1, & |D(i)-D(i-1)|=1 \text { 일 때 }\end{array}\right. \)<caption>(24)</caption></p><p>식 (23)과 (24)에서, \( i \) 번쩨 반복에서의 두 모드의 가능성 함수의 비와 \( i-1 \) 번째 반복에서의 가능성 함수의 비를 비교하여 \( |D(i)-D(i-1)|=0 \)인 경우 즉 반전이 일어나지 않는 경우는 예측된모드의 확률의 신뢰도 \( \phi=0 \)이 되며, \( |D(i)-D(i-1)|=1 \)인 반전이 된 경우 예측된 모드의 확률은 신뢰도가 없는 것으로 평가하여, \( \phi=1 \)이 된다.</p><h3>(4) 최종 저항률 분포 추정</h3><p>4단계에서는 2단계에서 갱신된 각 모드의 저항률 분포와 3단계에서 갱신된 각 모드 확률을 바탕으로 최종 저항률 분포를 추정한다. 즉, IDM 조징방법에 의한 \( i+1 \) 번째 반복 연산의 최종 저항률 분포는 식 (25)와 같이 각 모드에서 갱신된 저항률 분포와 모드 확률의 곱의 합으로 계산된다.</p><p>\( \hat{\rho}_{i+1}=\sum_{j} \hat{\rho}_{i+1}^{j} \mu_{i+1}^{j} \)<caption>\( (25) \)</caption></p>
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"조정방법에 따라 영상 복원 성능이 달라지는 것은 뭐야?",
"IDM 조정방법은 어떤 방법과 유사해?",
"어떤 방법과 IDM 조정방식이 유사하지?",
"최적의 영상을 찾기 위해 두 개의 조정방법을 보완하여 어떤 방법을 제안했어?",
"1단계에서 최종 목적은 뭐야?",
"최적의 영상을 찾기 위해 이용한 방법들은 뭐야?",
"1 단계에서 \\( \\mu_{i} \\)는 무엇을 의미해? ",
"1 단계에서 \\( \\mu_{i} \\)의 의미는 뭐야?",
"2단계에서는 1단계의 각 모드의 혼합된 초기 추정치를 이용해서 무엇을 갱신해?",
"3단계에서는 최종적으로 각 모드에서 저항률 분포를 갱신해?",
"신뢰도가 있는 경우에 \\( \\phi \\) 값은 얼마야?",
"3단계에서는 일반적인 IMM 방법과 달리 제안한 IDM 방법에서는 정적 복원알고리즘을 기반으로 하지 않아?",
"예측된 모드 확률의 신뢰도는 어떤식에 의해 판단하는가?",
"예측된 모드 확률이 신뢰도가 없다면 갱신된 모드확률 \\( \\mu_{i+1}^{j} \\) 는 어떤 값을 사용해?",
"4단계에서는 최종적으로 무엇을 추정해?"
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인공물ED
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상호작용 이중-모드 조정방법을 이용한 저항률 영상 복원
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<h1>IV 결론</h1><p>본 논문은 전기 저항률 단층촬영법의 영상 복원성능를 개선하고자 L1-norm 조정방법과 TV 조정방법의 두 모드에서 상호작용하는 이중-모드(IDM) 조정방법을 제안하였다. L1-norm 조정방법은 내부 저항률 분포를 연속적 형태로 추정하나 노이즈가 있는 경우 대체적으로 우수한 성능을 나타내고, 이와는 달리 TV 조정방법은 내부저항률 분포를 이산적으로 추정하며 노이즈가 없을 때 우수한 성능을 나타낸다. 따라서 제안한 방법은 두 조정방법에 따라 서로 다른 특성을 갖는 영상 복원 성능을 상호 보완함으로써 상황에 맞는 적합한 추정 성능을 나타낼 수 있도록 두 개의 모드 간 상호작용과 이에 따른 잔류오차의 가능성 함수 계산을 수행한다. 그리고 이를 바탕으로 모드 확률을 갱신하여 저항률 분포를 추정한다. 모의실험을 통하여 제안한 기법의 성능을 평가한 결과, 자동적으로 우수한 영상의 결과로 수렴하고 때에 따라 상호 간 영향으로 보다 나은 영상을 얻었다.</p>
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"논문에서 제안한 방법으로 TV 조정방법과 L1-norm 조정방법 두 모드에서 상호작용하는 방법은 무엇인가요?",
"노이즈가 있을 때 대체적으로 성능이 우수하며, 내부 저항률 분포를 연속적인 형태로 추정하는 것은 무엇인가요?",
"L1-norm 조정방법은 내부 저항률 분포를 이산적으로 추정하나요?",
"저항률 분포를 추정할 때 무엇을 갱신해야 하나요?",
"노이즈가 없을 때는 TV 조정방법의 성능이 높게 나타나나요?",
"제안한 기법의 성능은 우수했나요?",
"제안한 방법은 어떻게 상황에 적합한 추정 성능을 나타낼 수 있도록 하나요?",
"노이즈가 없을 때 성능이 우수하며 내부 저항률 분포를 이산적으로 추정하는 것은 무엇인가요?",
"저항률 분포를 갱신하여 모드 확률을 추정하나요?",
"저항률 분포를 갱신하여 모드 확률을 추정하는 거니?"
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인공물ED
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액정 구조 패터닝 및 응용
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<p>이를 바탕으로 나노 그루브 패터닝과 금속박막을 결합하여 \( \mathrm{uM} \) 수준의 극미량의 분자에 감응하는 고감도 센서가 개발되어 소개되었다. 이는 액정 재료 기반의 유기 나노패터닝 공정이 실질적 응용을 위한 유용한 플랫폼으로 이용 될 수 있음을 보여주는 연구이다. 센서 응용에서 많이 소개되었던 라만증강을 위한 기존의 플랫폼 보다 파급력 있고 획기적인 방법을 제시하기 위해서는 최종 생산품의 감응 효율 뿐만 아니라 단순성, 저비용, 시간 절약형 공정과정이 개발 되어야 한다. 이에 액정 물질 기반 \(3\) 차원 나노 패터닝 공정을 이용하면 이상적 공정 조건을 만족 시킬 수 있다. 자세히는, 그림 \(7\) 과 \( 8 \)a 와 같이 단순 열처리만을 통해 \(3\)차원 유기 나노 구조인 나노 그루브 패턴을 만들고 금 박막을 코팅 시키는 과정으로 공정 과정을 단축시킬 수 있다. 이를 위해 그림 \( 8 \)a 에 제시한 모식도를 따라 구현 된 나노그루브 패턴을 이용해서 제작한 surface enhanced Raman spectroscopy(SERS) 기판에 대한 감응 효율이 보고되었다. 그 결과 라만 화학물질인 Malachite green의 \( 1 \mathrm{uM} \) 에 해당하는 농도에서 나노 그루브 패턴이 없을 때보다 있을 때 약 \(5\) 배 정도의 라만 산란의 증강이 있음을 밝혔다(그림 \(8\)b).</p><p>또한, 상기 \(3\)차원 나노 그루브 패터닝과 나노입자 조립에 대한 연구를 접목시켜 초발수성, 초발유성을 가지는 표면을 개발한 사례가 보고되었다. 초발수성 뿐만 아니라 초발유성을 갖는 표면을 제작하기 위해서는 나노입자의 계층적 자기조립이 필요하다. 액정 물질 기반 \(3\) 차원 나노 그루브 구조체에서 승화현상을 이용하면 계층적 나노입자 조립체를 형성시킬 수 있으며, 결과물이 투명도가 높고 기계적으로 견고하기 때문에 실질적인 산업적 응용을 할 수 있을 것으로 판단된다. 자세히는, 앞서 제시한 방법을 이용하여 나노 그루브를 만들고 불소기로 치환된 나노입자 분산액을 떨어뜨린 후 약 \( 180^{\circ} \mathrm{C} \) 에서 \(30\) 분 동안 액정 분자를 승화시키게 되면 나노 그루브의 골(trough) 부분이 상대적으로 등성이(ridge) 부분보다 승화속도가 느리므로, 골 부분에서 계층적으로 조립된 나노입자 조립체를 형성한다(그림 \(9\)). 형성된 기판에서의 초발수성, 초발유성 특성을 확인하기 위해 올리브 오일, 에틸렌 글라이콜, 글리세롤, 물의 접촉각을 대조군인 불소계의 탄소사슬로 치환된 기판, 평평한 나노입자 조립체 기판과 비교하였다(그림 \( 9 \)b, c). 불소계 탄소사슬로 치환된 기판보다 평평한 나노 입자 조립체 기판에서 접촉각이 증가하는 것으로 나노 입자 사이의 공기 주머니가 접촉각을 증가시키는 원인이라는 것을 밝혔고, 계층적 나노 입자 조립체 기판에서 이러한 특성이 극대화되기 때문에 굉장히 높은 접촉각을 보이는 것을 확인되었다.</p>
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"라만 화학물질인 Malachite green의 1 \\mathrm{uM}1uM 에 해당하는 농도에서 나노 그루브 패턴이 없을 때보다 있을 때 약 2 배 정도의 라만 산란의 증강이 있다",
"리만 화학물질의 특정한 농도에서 어떤 패턴이 존재하는 경우에 리만 산란의 증강이 있나요?",
"리만 산란은 어떤 패턴이 있을 때 강화되나요?",
"본문에서 리만 화학물질의 리만 산란 증가 효율을 보기 위해 사용된 농도는 얼마인가요?",
"나노 그루브 패턴의 유무에 따라 라만 산란의 증강을 확인하는 데에 사용한 Malachite green의 농도가 얼마인가요?",
"라만 화학물질에 나노 그루브 패턴이 있을 때 어떠한 효과를 보이나요?",
"Malachite green의 일정 농도에서 나노 그루브 패턴이 존재하는 경우 보여지는 현상이 무엇인가?",
"리만증강을 위한 방법을 제시하기 위해 개발 되어야 하는 공정과정은 무엇인가요?",
"라만을 증강하기 위해 연구되어야 할 분야가 무엇일까요?",
"리만증강을 위한 이상적 공정은 무엇인가요?",
"라만증강을 위해 가장 이상적인 공정 조건을 만족시키는 공정법이 뭐야?",
"리만증강을 위해 액정 물질 기반 3차원 나노 패터닝 공정을 이용하는 것은 파급력 있고 획기적인 방법을 제시하기 위한 공정인가요?",
"액정 물질을 기반으로 하는 3차원 나노 패터닝 공정법은 보다 획기적인 방법을 보여줄 수 있는 공정일까요?",
"3차원 유기 나노 구조인 나노 그루브 패턴은 어떻게 만들어지나요?",
"나노 그루브 패턴은 어떤 과정을 통해 제작되나요?",
"액정 재료 기반의 유기 나노패터닝 공정이 실질적 응용을 위한 유용한 플랫폼으로 이용 될 수 있음을 어떻게 보여줄 수 있나요?",
"액정 재료를 기반으로 한 유기 나노패터닝 공정이 실질적으로 응용되고 있음을 보여주는 내용이 뭔가요?",
"리만증강을 위한 공정 과정을 단축시킬 수 있는 방법은 무엇인가요?",
"라만증강을 위한 공정 과정을 짧게 줄일 수 있는 과정이 무엇일까요?",
"초발수성, 초발유성을 가지는 표면을 제작하기 위해 필요한 것은 무엇인가요?",
"표면이 초발수성 및 초발유성을 가지기 위해서는 어떤 과정이 필요한가요?",
"무엇이 초발수성과 초발유성을 가지는 표면을 만들기 위해 필요한가요?",
"초발수성과 초발유성을 갖는 표면을 제작하기 위해 필요한 과정이 뭐야?",
"3차원 나노 그루브 패터닝과 나노입자 조립에 대한 연구를 접목시킨 표면을 제작하기 위해서 나노입자의 계층적 자기조립이 필요한가요?",
" \\(3\\)차원 나노 그루브 패터닝과 나노입자 조립에 대한 연구를 활용한 표면을 개발하기 위해서 필요한 것이 나노입자의 계층적 자기조립이 맞나요?",
"액정 물질 기반 3차원 나노 그루브 구조체에서 나노입자의 계층적 자기조립을 일으키는 방법은 무엇인가요?",
"계층적 나노입자 조립체를 형성시키는 데에 이용되는 현상이 무엇일까요?",
"계층적 나노입자 조립체를 형성하는 방법은 승화현상인가요?",
"승화현상을 이용하여 나노입자의 계층적 조립체를 만들 수 있나요?",
"액정 물질 기반 3차원 나노 그루브 구조체에서 승화현상을 이용한 효과는 무엇인가요?",
"액정 물질 기반 \\(3\\) 차원 나노 그루브 구조체에서 승화현상을 활용하여 확인한 현상이 뭐야?",
"초발수성과 초발유성을 갖는 표면을 제작하기 위한 계층적 나노입자 조립체는 어떻게 형성되나요?",
"계층적 나노입자 조립체를 만들어내기 위해서는 어떤 방법을 사용하나요?",
"계층적 나노입자 조립체를 형성하기 위해 사용하는 승화현상은 어떤 방식으로 작용되는가요?",
"계층적 나노입자 조립체를 만들기위해 활용하는 승화현상의 자세한 과정이 무엇인가요?",
"계층적 나노입자 조립체를 만들기 위해 사용하는 용액은 무엇인가요?",
"계층적 나노입자 조립체를 형성할 때 승화시키는 용액이 무엇일까요?",
"액정 분자가 승화되면 나노 그루브의 등성이(ridge) 부분보다 골(trough) 부분이 상대적으로 승화속도가 느린가요?",
"나노 그루브의 골 부분이 등성이 부분보다 상대적으로 느리게 승화되나요?",
"나노 그루브의 등성이(ridge) 부분보다 승화속도가 느린 부분은 무엇인가요?",
"나노 그루브의 등성이 부분보다 느리게 승화되는 부분이 어디일까요?",
"승화현상을 이용하여 계층적 나노입자 조립체를 형성할 때, 나노입자 분산액을 가한 후 약 180∘C에서 몇분간 액정 분자를 승화시켜야 하나요?",
"불소기로 치환된 나노입자 분산액을 승화시키기 위해서는 몇 분간 두어야 할까요?",
"액정 분자를 승화시킬 때 나노입자 분산액을 떨어뜨린 후 약 200도에서 30분 동안 액정 분자를 승화시켜야 하나요?",
"불소기로 치환된 나노입자 분산액을 \\( 200^{\\circ} \\mathrm{C} \\)의 온도에서 승화시키나요?",
"나노입자 분산액을 떨어뜨린 후 액정 분자를 승화시킬 때의 조건으로 알맞은 것은 무엇인가요?",
"나노입자 분산액을 승화시킬 때 설정해야하는 조건이 무엇인가요?",
"승화현상을 이용하여 액정 분자를 승화시켜 형성된 나노입자 조립체는 어떤 원리로 만들어지나요?",
"나노입자 조립체가 형성되는 과정이 무엇일까요?",
"불소계 탄소사슬로 치환된 기판보다 평평한 나노 입자 조립체 기판에서 접촉각이 증가하는 원인은 무엇인가요?",
"평평한 나노 입자 조립체 기판에서 접촉각이 많아지는 것으로 알 수 있는 접촉각의 증가 원인이 뭐야?",
"불소계 탄소사슬로 치환된 기판, 평평한 나노 입자 조립체 기판, 계층적 나노 입자 조립체 기판에서 초발수성, 초발유성 특성을 확인하기 위해 무엇을 확인했나요?",
"형성된 기판들에서 초발수성 및 초발유성 특성을 알아보기 위해 확인한 것이 무엇인가요?",
"본문에 제시된 3가지 기판 중에서 가장 높은 접촉각을 보이는 기판은 계층적 나노 입자 조립체 기판인가요?",
"형성된 3가지 기판 중 접촉각이 가장 많은 것은 계층적 나노 입자 조립체 기판인가?",
"초발수성, 초발유성 특성을 확인하기 위한 접촉각이 가장 높은 기판은 무엇인가요?",
"형성된 기판 중 접촉각이 가장 많은 기판이 무엇이냐?",
"본문에서 제시된 기판들의 접촉각의 증가에 영향을 주는 것은 무엇인가요?",
"기판들의 접촉각에 관여하는 것이 뭐야?"
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인공물ED
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액정 구조 패터닝 및 응용
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<p>이러한 문제 해결을 위해 대기 상태의 공기층이 액정 물질을 만날 때, 막대기 모양의 액정 분자의 수직 배향을 유도한다는 사실에 주목하고 마이크로 크기 패턴의 기판과 유리 기판 사이에 액정을 주입해 공기 주머니를 자발적으로 형성함으로써 수십 마이크론 내에서 액정 분자들을 사방으로 잡아주는(anchoring) 시스템이 소개되었다. 이를 통해 효과적으로 액정의 결함 구조를 대면적에서 제어해 모자이크 문양의 패터닝에 성공했다.</p><p>이 연구의 핵심기술은 액정물질이 공기층 패턴 내에서 온도에 따라 변하는 상전이 속도에 있다. 상전이 속도가 빠르면 빠를수록 액정이 급속으로 성장하며 더욱 균일한 패턴을 형성한다. 반면 느린 상전이 속도에서는 액정 물질의 탄성 에너지와 공기층의 고정 에너지(anchoring energy)의 균형이 비대칭적으로 전개되며 불균일한 결함 구조를 만든다. 이런 상전이 속도에 따른 비대칭 및 비가역적 결함 구조들의 형성은 자연계에 존재하는 비평형적 현상에서도 관찰된다는 점에서 이해되지 않거나 어려운 여러가지 문제를 풀어나갈 수 있는 힌트를 제공한다는 점에서 의의가 있다. 예를 들어 반도체 물질의 결정 성장에서 형성되는 결함 구조, 블랙홀을 포함한 특이점을 형성하는 중력 점 간의 상호작용 원리 등 넓은 범위의 자연 현상에 대해 유사한 실험적 모델을 제시할 수 있을 것으로 기대된다.</p><p>또한, 이를 바탕으로 위상결함(topological defect)의 밀도 조절을 통해 복잡하고 다양한 \( 2 \)차원 모자이크 패턴을 형성하는 기술의 실현도 가능하다. 이는 마치 전기의 음과 양의 전하처럼 위상학적 전하 (topological charge)를 갖는 음-양 결함으로 정의할 수 있다. 이때 항상 음과 양이 짝을 이루어 위상학적 중립을 가지려는 규칙을 갖는다. 이러한 액정 결함의 물리적 현상을 바탕으로 상기 공기층과 기판의 표면 처리 방법을 결합해 규칙적인 배열을 유지하는 동시에 위상결함의 밀도를 조절할 수 있음이 보고되었고, 이러한 면적분할(tiling) 기반의 모자이크 패턴은 다양한 산업 및 실용 디자인에 적용할 수 있는 예술적 가치를 가지고 있을 뿐 아니라 세포막의 이중구조, 유기탄화시료 및 다양한 무기 결정 구조면의 이해 등에 활용 가능할 것으로 보인다.</p><h2>2.2. 구속 효과를 이용한 액정 나선 나노 구조체 제어</h2><p>'한정된 공간(confined geometries)에서의 자기 조립'이란, 아이들의 장난감인 레고 블럭 놀이처럼 주위의 환경(온도, 농도, \( \mathrm{pH} \) 등)에 따라 물리적으로 조립과 분리가 가능한 다양한 연성재료(고분자, 액정, 생체분자 등)를 수 마이크론에서 수십 나노미터의 공간에 채워 넣음으로 해서 특정 구조체를 제조하고 배향을 제어하는 기술이다. 액정 분자체의 경우, 그 구조가 형성되는 표면 환경에 따라 분자 배향을 조절하는 것이 가능하므로, 분자 수준에서의 정교하고 효과적인 제어가 가능하다. 최근 일반적인 광 리쏘그래피 방법으로 제조 가능한 실리콘 기반의 \(1\) 차원적 채널과 전기 화학적 반응을 통해 만들 수 있는 다공성 양극 산화알루미늄(porous anodic aluminum oxide) 막을 이용해 수 마이크론, 혹은 수십 나노미터 수준의 한정된 공간을 만들고, 여기에 수 나노미터 수준에서 휘어져 있는 굽은형(bent-shaped) 액정 물질을 가두어 독립적으로 제어된 나선 나노 구조체를 구현하는 기술이 보고되었다(그림\(3\)). 이렇게 형성된 나선 나노 필라멘트 구조체(helical nanofilament)는 액정 물질의 자기조립을 기반으로 한 것으로, 정교한 고차원 나노구조를 자발적으로 형성할 수 있으므로 공정상의 단순함과 저비용 생산의 장점을 갖는다. 단순 공간 제어 만으로도 수십 나노미터 두께와 수백 나노미터의 주기를 갖는 정교한 나선형 나노 구조체를 제조할 수 있으며, 이는 여타의 무기물, 또는 결정질 구조체에 비견할 만큼 매우 견고하고 안정하므로 매우 이상적인 패터닝 주형으로 이용될 수 있다. 또한 나노미터 수준의 정밀한 꼬임주기 조절이 가능하므로, 카이랄한 광학성질 또한 자유롭게 조절할 수 있기에, 장차 광대역 편광판 분야에 산업적으로 응용 가능할 것으로 기대된다.</p>
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"한정된 공간에서의 자기 조립 기술에서는 다양한 연성재료를 어떻게 하여 특정 구조체를 제조하고 배향을 조절하는가?",
"한정된 공간에서의 자기 조립 기술에서는 어떻게 여러 연성재료로 특정 구조체를 만들고 배향을 조절할 수 있는가?",
"왜 액정 분자체에서 분자수준의 효과적인 제어가 가능한가?",
"액정 분자체에서는 왜 분자 크기의 효과적이고 디테일한 조절이 가능할까?",
"액정분자체는 표면 환경에 따라 무엇이 가능하여 분자 수준의 효과적인 제어가 가능하도록 하나요?",
"표면 환경에 따라 액정분자체는 무엇이 가능하여 분자 수준에서 효과적으로 제어할 수 있어?",
"어떤 시스템을 통해 모자이크 문양의 패터닝에 성공했어?",
"모자이크 문양의 패터닝은 어떤 시스템을 적용하여 얻을 수 있었지?",
"정교하고 다양한 2차원의 모자이크 패턴을 형성하는 기술은 어떻게 이루어질 수 있지?",
"어떻게 다양한 2차원의 모자이크 패턴을 정교하게 형성할 수 있지?",
"예술적 가치를 지닌 면적분할 기반의 모자이크 패턴은 어디에 활용될 수 있는가?",
"어디에 예술적 가치를 지닌 면적분할 기반의 모자이크 패턴을 이용할 수 있는가?",
"나선 나노 필라멘트 구조체의 장점은 무엇인가?",
"한정된 공간 내에 굽은형의 액정 물질을 가두어 제조한 나선 나노 필라멘트 구조체는 어떤 원리를 기반으로 하는가?",
"상이 바뀌는 속도가 느릴 때에는 어떻게 불균일한 결함 구조를 형성하는가?",
"어떻게 상이 변하는 속도가 느리면 불균일한 결함 구조를 만들게 되지?",
"상이 바뀌는 속도가 빠를수록 액정은 어떻게 변화하여 균일한 패턴을 만드는가?",
"어떻게 액정의 상이 바뀌는 속도가 빠를수록 균일한 패턴을 만들 수 있지?",
"카이랄한 광학성질을 자유롭게 조절할 수 있는 특성은 어떤 분야에서 사용할 수 있는가?",
"어떤 부문에서 카이랄한 광학성질을 자유롭게 조절할 수 있는 특징을 적용할 수 있는가?",
"피코미터 수준의 꼬임주기 조절 덕분에 카이랄한 광학성질을 조절할 수 있어?",
"카이랄한 광학성질을 조절할 수 있는 것은 피코미터 수준의 꼬임주기를 조절할 수 있기 때문이야?",
"대기 상태의 공기층이 액정 물질을 만날 때 어떤 일이 일어나는가?",
"연구의 핵심기술에서 공기층 패턴 내의 액정물질의 상이 바뀌는 속도는 무엇에 따라 바뀌는가?",
"연구의 주요 기술에 따르면, 액정물질의 상이 변하는 속도는 공기층 패턴 내에서 무엇에 의존해 바뀌어?"
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인공물ED
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액정 구조 패터닝 및 응용
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<h1>3. 자기조립 액정 물질을 이용한 응용 기술 개발</h1><h2>3.1. 액정 결함구조의 승화 현상을 이용한 패터닝 응용 및 광학 소자</h2><p>최근 액정 패턴의 연구동향을 살펴보면, 앞서 언급한 유기 액정 분자의 자기조립 현상과 외부장을 통해 다양한 마이크로 및 나노구조체를 제작하는 일을 바탕으로, 패터닝 응용, 센서, 디스플레이 소자에 이용하는 것을 목표로 하고 있음을 알 수 있다. 최근의 한 연구에서 일정 온도의 액정 상에서 분자들이 승화 (sublimation) 및 재조합(recondensation) 하는 재미있는 현상이 발견되었고, 이를 봉해 수 나노미터 수준의 액정의 판상 구조를 정교하게 한 겹씩 벗겨내는 기술이 보고되었다. 이러한 특이한 거동은 비평형 상태에서의 자기조립 현상을 이용한 것으로, 액정 상에서 액체 상을 거치지 않고 바로 대기로 날아가는 액정 분자들 중에서 일부가 다시 돌아와 남아있는 액정 분자체와 재조합을 하여 세상에 없던 새로운 형태의 나노구조체를 형성하게 된다. 여기서 분자가 날아가고 다시 와서 붙는 조건, 즉 승화 및 재조합에 가장 큰 영향을 주는 온도 및 어닐링 시간을 조절하면 다양하고 정교한 \(3\) 차원 나노구조체들의 제작이 가능하다. 예를 들면, 그림 \(6\)에서 보듯이, toric focal conic domains(TFCD)이라는 전형적인 스멕틱 액정결함 구조에서 승화 및 재조합 과정을 유도하면 그 조건에 따라서 다양한 마이크로-나노 복합구조체의 구현이 가능하다. 이 기술을 바탕으로 현재 전통적인 광식각 공정에 따라 이뤄지는 \(2\) 차원 방식의 패터닝 기술의 값비싸고 복잡한 과정의 한계점을 극복 할 수 있는 \(3\) 차원 패터닝 기법 개발이 학계 전반에 걸쳐 널리 진행되고 있다.</p><p>예를 들어 앞서 언급된 마이크로 채널의 한정된 공간에서의 액정 구조체의 상관 관계 연구를 통해 규명된 마이크로 채널의 기저 패턴과 액정분자 조립에 대한 이해를 기반으로 요각의 마이크로 채널의 크기를 높이 \( 5 \mathrm{um} \), 너비 \( 5 \mathrm{um} \), 그리고 다양한 액정셀의 두께에서 대면적 스멕틱 액정재료 기반 나노패터닝 응용이 있다. 자세히는, 그림 \( 7 \)a에 제시한 것과 같이 너비 \( 5 \mathrm{um} \) 의 \( \mathrm{SiO}_{2} \) 기저패턴을 이용하여 \( \mathrm{cm} \) 크기의 대면적에서 일축으로 정렬 된 층상 구조를 얻을 수 있었고, 이는 그림 \( 7\)b, c 의 편광현미경 이미지로부터 확인하였다. 그 다음으로 샘플의 cover glass를 떼어내고 그림 \(6\)에 제시한 대로 승화-재조합 현상을 유도하는 열처리를 하여 일축으로 잘 정렬된 \( 200 \mathrm{~nm} \) 크기의 나노 그루브 패턴을 대면적에서 구현할 수 있었고, 이 특이한 패턴은 액정 상에서 온도를 하강하여 상온에서 단단한 결정 상에 도달하여도 그 구조는 유지되는 것을 SEM 현미경을 통해 관찰하였다(그림 \( 7 \)d ). 상기 대면적으로 형성 된 구조는 수백 나노 수준의 지형이 비교적 주기적으로 형성되어 있기 때문에 광 결정구조 또는 나노 배향틀로 응용 가능성이 매우 높다. 하나의 구체적 예로, 상기 구조를 기반으로 광 경화 폴리머(NOA 63)를 이용한 소프트 리쏘그래피(soft lithography)를 통해 얻어진 선형의 그루브 형판을 하나의 액정 배향 막으로 응용할 수 있음을 보였다. 전형적인 네마틱 액정 상을 띠는 \(5\)CB 물질을 상기 폴리머 형판에 배향 시컸을 때, 나노 그루브 패턴에 완벽하게 배향 됨을 편광현미경을 통해 확인함으로 이외에도 여러가지 응용에 사용할 수 있는 토대를 마련하였다.</p>
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"수나노미터의 액정 판상 구조를 정밀하게 한 겹씩 벗기는 기술은 어떤 현상을 이용한 것인가?",
"어떤 현상을 응용하면 수나노미터의 액정 판상 구조를 한 겹씩 벗겨낼 수 있는가?",
"일축으로 잘 배열되어 있는 \\( 200 \\mathrm{~nm} \\)의 나노 그루브 패턴을 어떻게 넓은 면적에 대해 구현하였는가?",
"TFCD에 고체에서 기체로의 상변화와 재조합을 유도하면 무엇이 가능한가?",
"마이크로 채널의 기저 패턴과 액정 분자의 조립에 관해서는 어떻게 규명되었어?",
"액정 분자의 조립과 마이크로 채널의 기저패턴에 대해서는 어떻게 밝혀진 바 있지?",
"샘플의 덮개유리를 떼고 어떻게 승화-재조합 현상을 유도했는가?",
"비평형 상태에서의 자기조립 현상에서는 어떻게 새로운 형태의 나노구조체를 만들어내는가?",
"다양하고 정교한 3차원 나노구조체는 어떻게 만들 수 있는가?",
"승화 및 재조합에 가장 큰 영향을 주는 온도와 어닐링 시간 조절 시 어떤 것을 만들 수 있는가?",
"어닐링 시간과 온도를 조절하면 무엇을 제작할 수 있는가?",
"TFCD는 어떤 액정결함 구조의 전형적인 예시에 해당하는가?",
"그림 7a에 제시된 것 중, 넓은 면적에서 일축으로 정렬된 층상 구조는 어떻게 얻었는가?",
"논문에서 넓은 면적으로 형성된 구조는 왜 광결정구조 혹은 나노배향틀로 응용되기에 적합한가?",
"왜 논문에서 제작한 넓은 면적의 구조는 광결정구조 혹은 나노배향틀로 사용되기에 적절해?",
"2차원의 패터닝 기술은 어떻게 이루어져?",
"넓은 면적에서 잘 정렬된 나노그루브 패턴으로 어떻게 실험하더라도 구조가 유지됨을 현미경으로 확인했어?",
"어떻게 실험하더라도 넓은 면적에서 잘 정렬된 나노그루브 패턴의 구조가 변함이 없음을 SEM으로 확인했어?",
"넓은 면적에서 일축으로 정렬된 층상 구조의 이미지는 어떻게 확인하였는가?",
"온도 변화에도 나노 그루브 패턴의 구조가 유지되는 것은 어떻게 관찰하였는가?",
"온도를 낮추더라도 잘 정렬된 나노 그루브 패턴이 유지되는 것을 어떻게 확인했어?",
"최근 액정 패턴의 연구동향에서 바탕이 되는 것은 무엇인가?",
"최근에 액정 패턴의 연구동향은 어떤 목표를 가지고 있어?",
"최근 연구에서 보고된 기술은 무엇인가?",
"최근 연구에서 발견된 현상은 무엇인가?"
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인공물ED
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액정 구조 패터닝 및 응용
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<h1>1. 서론</h1><p>최근 자기조립(self-assembled) 액정(liquid crystal) 물질은 성숙된 디스플레이 산업 분야의 응용범위를 넘어 정보, 에너지, 정밀 화학 및 차세대 나노기술의 총아로 각광을 받고 있다. 특히, 액정 소재의 주요 특징이 외부의 전자기 및 물리화학적 환경에 민감하게 반응하는 ‘반응성’이라는 점에서 다양한 전자 산업에서 자기조립 액정 재료는 핵심 소재 기술로 여겨져 왔다. 예를 들어, 전기장에 빠르게 반응하는 액정물질을 이용하여 개발된 액정 디스플레이(LCD)는 현재까지도 유례 없을 만큼 전자 기기의 혁명적 부흥을 일으키며 \( 3 \)차 산업 혁명의 주역이 되었다. 이제 앞으로 도래할 \( 4 \) 차 산업에서는 초연결 (hyperconnectivity)과 초지능(superintelligence) 을 기반으로 하여, 원하는 시공간에서 기대하는 기능을 최대로 발휘하도록 하는 유/무기 재료가 그 기반을 이룰 것이며, 그 중 '반응성’을 특징으로 하는 자기 조립 액정 물질은 가장 중심에 있는 지능형 소재들 중 하나로 평가받고 있다. 따라서 이러한 소재를 이용한 기술혁신을 이루기 위해서 선행적으로 액정 물질의 설계 및 정밀 구조 제어 및 제작기술 개발, 그리고 물성 평가 및 원리 규명 등이 이루어져야 한다.</p><p>본 기술특집에서는 “연성 재료(soft material)가 미래의 기술 및 산업혁신을 이끈다"라는 주제로 유기 액정 재료가 형성하는 그 자체의 구조 및 결함 구조의 자기 조립 특성을 이용하여 수 나노미터에서 수십 마이크론 수준의 구조체의 배향 제어 및 다차원 기능성 구조에 대한 연구 및 기술들에 대해서 소개하고자 한다. 이를 위해서 액정 물질로 대표되는 연성 재료의 전자기적 특성 및 자기조립 거동을 고려하여 물질을 합성하거나 선정하고, 물리-화학적 표면 개질(surface treatment), 공간적 구속 효과(confined geometry), 전기, 자기장, 마찰력 등의 외부장(external stimuli) 인가와 같은 구조 제어 기법을 통해 원하는 구조를 형성하고 미세하게 조절할 수 있는 기술이 필수적이다. 더 나아가, 제어된 구조의 평형 상태에 있는 정적인 구조 뿐만 아니라 동역학적 제어에 기반한, 외부환경과 소통(communication) 가능한 지능형 소재 개발을 통해 액정재료 기반의 패터닝 응용, 트렌지스터(transistor), 고감도 분자센서, 플라즈모닉 편광판, 발수(hydrophobic) 및 발유 (oleophobic) 코팅, 광위상 제어 등 다양한 응용이 가능하다. 더불어, DNA나 식용 색소 등 생체 적합형 액정재료 또한 앞서 언급한 나노-마이크론 스케일에서의 제어 기술을 이용하여 광전자 소자에 응용한 예에 대해 소개하고자 한다.</p>
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"액정 디스플레이(LCD)는 4차 산업 혁명의 주인공이 되었나요?",
"디스플레이(LCD)는 어떤 특성을 갖는 액정물질을 활용한 것인가요?",
"\\( 4 \\) 차 산업에서는 어떤 특징을 갖는 재료가 기반을 이룰 것인가요?",
"본 기술 특집에서 소개하는 구조는 어떤 특성을 가지고 있나요?",
"어떤 기법들을 활용한 기술이 필수적인가요?",
"액정 소재의 주요 특징은 무엇인가요?",
"외부환경과 소통(communication) 가능한 소재는 무엇인가요?",
"정보, 에너지, 정밀 화학 및 차세대 나노기술의 총아로 각광받고 있는 물질은 뭐야?"
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인공물ED
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액정 구조 패터닝 및 응용
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<p>액정 물질 자체의 우수한 자기조립현상 및 대형화 프로세스를 가능하게 한 것은 유동성 때문인데, 최근 액정 물질을 유기반도체 분야에 응용하여 기존에 사용되었던 배향 방법을 통해 뛰어난 결정질 및 고배향 구조체의 우수한 전기 특성을 보임을 밝힌 연구가 보고되었다. 이 연구에서 유동성을 보이는 네마틱 상과 최대한 밀집되게 조립할 수 있는 생선가시(herringbone) 모양으로 분자 배열 구조를 나타내는 스멕틱 E 상을 모두 갖는 액정반도체가 합성되었고 러빙된 기판을 배향막으로 이용해 배향하는 데 성공했다. 유기 반도체에서 분자들의 배열, 배향 및 밀집도가 전하 이동에 밀접한 관련이 있는데, 지금까지는 용액 공정을 통해서만 일축 배향하는 데 많은 연구자들이 집증하고 있었고 용매의 증발에 따라 많은 결점이 생겨 전기적 특성을 제어하는 데 어려움이 많았다. 하지만 본 연구에서 고안한 액정 반도체는 자체의 유동성을 이용하여 무결점, 고배향 및 고배열 박막을 제작할 수 있다는 점에서 차세대 반도체 물질이라고 볼 수 있다. 이 기술을 이용하면 네마틱 상에서 일축 수평 배향된 액정 반도체가 보이는 이방성 복굴절 세기와 이방성 전하이동도의 관계를 규명하여 가시적으로 전하이동도를 예측할 수 있는 특별한 플랫폼을 제작할 수 있다.</p><h1>\(4\). 결론</h1><p>한때 \(3\) 차 산업혁명의 총아라 불리우며 학계 및 산업계에서 지배적인 역할을 담당했던 액정 영상표시 장치(LCD) 분야가 새로운 형태의 영상표시 장치로 바뀌어 나가는 시점에서 액정 물질을 이용한 다양한 형태의 응용연구가 많이 제시되고 있으며 본 특집에서는 본 연구실에서 주로 발표된 연구내용을 바탕으로 액정물질이 영상표시 장치 이외에 어떠한 기초 및 응용 연구를 위해서 사용될 수 있는 지에 대해 소개하였다. 특히, 물리-화학적 표면 개질에 따른 위상학적 결함에 대한 연구나 나노 구조체 제작의 경우 액정 물질 뿐만이 아니라 연성물질 분야 전체를 아우를 만큼 중요한 분야이다. 또한, 액정 재료 기반의 광원, 전계효과 트렌지스터, 고감도 분자 센서, 플라즈모닉 편광판, 발수및 발유 코팅, 광위상제어 등 다양한 응용이 가능하다는 면에서 액정 구조 패터닝 및 응용 분야는 미래가 밝다고 할 수 있다.</p>
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"유동성을 보이는 네마틱 상과 최대한 밀집되게 조립을 가능하게 하는 모양은 무엇인가?",
"액정 물질 자체의 우수한 자기조립현상 및 대형화 프로세스를 가능하게 한 것은 어떤 성질 때문인가?",
"유기 반도체에서 전하이동에 밀접한 관련이 있는것은 오직 분자들의 배열과 배향인가?",
"무엇을 배향막으로 이용해 배향하는데 성공했나요?",
"액정 물질을 유기반도체 분야에 응용하여 뛰어난 결정질 및 고배향 구조체의 우수한 전기 특성을 보임을 밝힌 연구가 보고되었는가?",
"지문에서 언급한 기술을 이용하면 전하이동도를 예측하기에는 한계가 있다고 할수 있는가?",
"한때 3 차 산업혁명의 총아라 불리우며 학계 및 산업계에서 지배적인 역할을 담당했던 분야는 어떤것인가?",
"액정 반도체는 자체의 유동성을 이용하기 때문에 용매의 증발에 따라 많은 결점이 생겨 전기적 특성을 제어하는 데 어려움이 있는가?"
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인공물ED
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액정 구조 패터닝 및 응용
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<h1>2. 액정 구조 제어 및 패터닝 기법 개발</h1><h2>2.1. 액정 결함 구조의 동력학적 거동 이해</h2><p>고체와 액체의 중간 상태를 띠는 '액정 물질'의 특이한 결함 구조는 영화 '인터스텔라'로 유명해진 특이점 (singularity)이라는 위상학적 결함에 대해서 기존의 어떤 시스템보다 잘 표현할 수 있기에 주목받고 있다. 특히, 우주학(cosmology)에서 다루는 블랙흘과 미세 자기 구조체인 '스커미온(skirmion)'의 경우 측정이 가능한 시간과 공간이 너무 크거나 작은 문제가 있는 반면, 액정 물질이 형성하는 구조체의 경우 위상학적 결함을 표현함에 있어서 마이크론 크기와 수초~수분에 이르는 형성 시간을 필요로 하기에 누구나 시연이 가능하다는 면에서 각광을 받고 있다. 액정 물질 기반의 특이점은 다른 구조체를 제조할 때와 마찬가지로 기판의 표면 에너지와 물질 내부의 탄성 에너지의 균형을 맞추기 위해 분자들이 특정 방향으로 정렬하며 열역학적으로 안정한 구조를 형성하며 나타나게 된다. 이 과정에서 벌어짐(splay), 뒤틀림(twist), 휘어짐(bend), 변형(deformation)에 의해 특이점들이 필연적으로 형성되며, 액정 분자들의 방향자의 장(director field)은 이러한 특이점을 중심으로 방사형, 원형, 나선형 등의 형태를 나타낸다.<p><p>최근 연구에서는 특이점과 관련된 여러 가지 난제의 실마리를 제공할 수 있는 액정 결함 구조의 형성 및 이의 온도 전이 현상을 관찰하고 메키니즘의 규명에 대해 소개한 바 있다. 특히 특이점의 상전이는 \(2016\)년 노벨 물리학상의 주제이긴 했지만, 그 계가 굉장히 복잡하기 때문에 직접적인 관찰과 쉬운 설명에 한계가 있었다는 점에서, 최근의 액정 물질 기반 특이점 연구는 광학현미경으로 관찰이 가능한 수준의 크기에 관찰 시간도 수초에서 수분 단위라 관찰이 용이하다는 장점이 있다. 구체적으로, 액정 물질의 복굴절(birefringence)에 의한 광학적 복잡성으로 관찰하기 어려웠던 네마틱(nematic)에서 스멕틱(smectic) 상으로의 상전이(phase transition)를 물 위에서 기름이 뜨는 것처럼 수 마이크론 수준의 얇은 액정 박막을 물 위에 형성시켜 실험으로 관찰하고 이를 이론적으로 모델링하였다(그림\(1\)). 또한 네마틱 상에서 형성된 특이점의 액정 방향자가 장의 회전축의 방향에 따라 발산과 수렴의 형태를 띈다는 것을 관찰하였고, 이러한 발산과 수렴의 형태가 상의 구조들이 형성되며 만나는 지점에서 일정한 규칙을 가지고 형성된다는 것을 밝혀냈다. 이러한 전이 과정을 면밀히 살피면 중간 상태 특이점 구조를 통해 초기의 특이점 형태와 구성 분자 배열을 정확히 역추적할 수도 있기에 중요한 결과로 여겨지고 있다.</p><p>하지만 액정 물질은 물풀처럼 흐르는 특성과 마치 도미노처럼 한 부분의 영향으로 전 영역이 변하는 장범위 규칙(long range order)을 갖는 탄성 때문에 결함 구조를 대면적에 규칙적, 일관성 있게 패터닝 하는 것은 매우 어렵다.</p>
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"액정 물질 기반 특이점은 관찰 시에 오랜 시간이 걸려서 연구에 어려움이 있는가?",
"고체와 액체의 중간 양상을 나타내는 물질의 이름은 무엇인가?",
"'스커미온'이 측정시 가지는 문제는 무엇인가?",
"'액정 물질'의 독특한 구조는 기존의 시스템보다 무엇을 잘 나타낼 수 있는가?",
"근래의 액정 물질 기반 특이점 연구는 무엇으로 관찰이 가능한가?",
"액정 물질의 복굴절에 의해 관찰하기 어려웠던 것은 무엇인가?",
"네마틱 상에서 관찰된 특정 형태를 통해 밝혀진 내용은 무엇인가?",
"최근의 액정 물질 기반 특이점 연구는 맨눈으로 관찰이 가능한 수준인가?",
"'액정 물질'은 고체와 기체의 중간 상태를 말하는 것인가?",
"'액정 물질'은 어떤 상태를 정의하는 것인가?",
"'스커미온'과 달리 액정 물질의 구조체가 각광 받는 이유는 무엇인가?",
"액정 분자들의 방향자의 장은 특이점을 중심으로 어떤 형태들을 나타내는가?",
"액정 물질 기반의 특이점이 구조를 형성할 때 분자들이 특정 방향으로 배열되는 이유는 무엇인가?",
"액정 물질 기반의 특이점은 구조체를 제조할 때 열역학적으로 불안정한 구조를 만들어내는가?",
"액정 물질 기반의 특이점이 안정한 구조를 형성하는 과정에서 영향을 주는 것은 무엇인가?",
"블랙홀과 미세 자기 구조체는 무엇이라고 칭하는가?"
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인공물ED
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액정 구조 패터닝 및 응용
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<h2>3.2. 바이오 소재 기반의 액정 구조체 제어와 고기능 복합 재료 개발</h2><p>바이오 소재라고 하면 대부분 '값이 비싸다'라는 인식이 강하다. 하지만 일반적으로 바이오 소재는 다양한 동식물에서 채취를 쉽게 할 수 있기에, 자연계에 풍부하게 존재하며 생체 적합한 경우가 많아 저렴하게 추출한 다음 화장품, 의약품 분야에 널리 사용되고 있다. 또한 고분자나 무기 나노 소재 등과의 혼합을 통해 소재의 특성을 생체 친화적인 방향으로 개선시킬 수 있어 최근 차세대 전자 및 광전자 소자의 핵심소재로 많은 관심을 받고 있다. 대표적인 바이오 소재인 DNA는 염기로 이루어진 이중 나선의 미세 구조를 지니며, 염기 서열을 배열하면 정밀한 구조로 자기 조립이 가능하여 다양한 분야의 나노 기술에 응용되고 있다. 이러한 응용을 위해서는 DNA 분자의 구조 제어가 필수적이며, 이를 위하여 DNA 가닥을 빌딩 블록으로 이용하여 종이 접기 하듯 \( 2 \) 차, \( 3 \)차원의 나노 구조물을 만드는 'DNA 오리가미' 방식이 개발되었다. 이러한 방식을 통해 매우 흥미롭고 정교한 DNA 나노 구조물을 형성시킬 수 있지만 구조체의 설계 과정이 복잡하고, 설계에 따라 DNA를 인공적으로 합성하는 비용이 많이 드는 단점이 있다.</p><p>이러한 단점을 극복하기 위해 최근 연어에서 추출한 저렴한 DNA 분자체의 정밀 구조 제어 방법이 소개되었다. 방법은 매우 간단한 기계적 힘을 가하는 방법으로, 이 방법에 의하여 DNA 분자체는 전단 속도에 따른 전단 응력과 탄성력의 균형 조절 및 전단 응력을 가하는 방식에 따라 수평, 수직, 지그재그와 같이 다양한 형태로 배향된다(그림 \( 10 \) a, b). 제작된 구조체는 DNA의 정교한 구조적 특징에 의하여 LCD 에 사용되는 액정 물질이나 금속 나노 입자, 반도체 물질과 같은 기능성 물질들의 배향을 유도 시킬 수 있어 나노 물질의 배향을 위한 템플릿으로 응용이 가능하다. DNA 를 매개체로 하여 표면 플라즈모닉 공명 현상과 같은 특이한 전기 광학적 특성을 나타내는 금 나노 막대 입자의 구조체를 대면적에서 패터닝 하고, 이는 컬러 필터막 등 광전자 소자의 부품으로 응용이 가능하다(그림 \( 10\)c).이러한 연구를 바탕으로 DNA 템플릿을 차세대 광전자 소자 응용 뿐만 아니라 다양한 나노 기술 분야에 적용할 수 있는 연구가 다각도로 진행되고 있다.</p>
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"기계적 힘이 가해졌을 때 DNA 분자체는 수평, 수직, 지그재그 등 다양한 형태로 배향되는가?",
"바이오 소재는 주로 어떤 분야에 사용되는가?",
"사람들은 보통 바이오 소재를 저렴한 소재라고 여기는가?",
"연어에서 추출한 저렴한 DNA 분자체의 정밀 구조 제어 방법을 사용하면 DNA 분자체는 어떻게 되는가?",
"염기 서열 배열을 통해 정밀한 구조로 자기 조립이 가능하여 다양한 분야의 나노 기술에 응용되고 있는 바이오 소재는 무엇인가?",
"DNA 오리가미는 DNA 분자 구조를 접어서 \\(2\\)차, \\(3\\)차원의 나노 구조물을 만드는 방식인가?",
"사람들은 일반적으로 바이오 소재에 대해 값이 비싸다는 인식을 가지고 있어?",
"DNA 오리가미 방식은 설계에 따라 DNA를 인공적으로 합성하는 비용이 저렴하다는 장점을 가지는가?",
"DNA 오리가미 방식의 단점을 극복하기 위해 최근 소개된 정밀 구조 제어 방법에서의 DNA 분자체는 무엇에서 추출한 것인가?",
"기계적 힘이 가해진 DNA 분자체의 배향 형태에 영향을 주는 요인은 무엇인가?",
"최근 DNA 오리가미 방식의 단점을 보완하는 DNA 분자체의 정밀 구조 제어 방법이 소개되었는데, 이때 이 DNA 분자체는 무엇에서 추출한 것인가?",
"바이오 소재 중 가장 대표적인 소재는 뭐야?",
"생체에 적합한 바이오 소재는 드물어?",
"DNA 분자체의 정밀 구조 제어 방법으로 제작된 구조체는 액정 물질과 기능성 물질의 배향을 유도시킬 수 있는가?",
"바이오 소재가 최근 차세대 전자 및 광전자 소자의 핵심소재로 많은 관심을 받고 있는 이유는 무엇인가?",
"DNA 오리가미 방식을 사용할 때 DNA 나노 구조체의 설계 과정은 간단한가?",
"DNA 가닥을 빌딩 블록으로 이용하여 \\(2\\)차, \\(3\\)차원의 나노 구조물을 만드는 방식의 이름은 무엇인가?",
"가장 대표적인 바이오 소재는 뭐야?",
"바이오 소재는 한정적인 동물 또는 식물에서만 채취가 가능한가?",
"DNA 오리가미 방식의 단점은 무엇인가?",
"DNA 오리가미 방식으로 \\(3\\)차원 DNA 나노 구조물을 만드는 것은 불가능한가?",
"바이오 소재를 추출하는 것은 비용이 많이 드는가?",
"DNA 오리가미의 단점을 극복하기 위해 소개된 DNA 분자체의 정밀 구조 제어는 어떤 방법을 사용하는가?",
"DNA는 어떤 구조를 가지고 있어?",
"DNA 분자체의 정말 구조 제어 방법을 통해 제작된 구조체가 나노 물질의 배향을 위한 템플릿으로 응용이 가능한 이유는 무엇인가?",
"바이오 소재는 자연계에 풍부하게 존재하는가?",
"DNA는 이중 나선 구조를 가지고 있어?",
"바이오 소재의 특성을 생체 친화적으로 개선시킬 수 있는 방법은 무엇인가?",
"DNA를 바이오 소재로써 나노 기술에 응용하기 위해 필수적으로 해야 하는 것은 무엇인가?"
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인공물ED
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액정 구조 패터닝 및 응용
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<h2>\( 3.3 \) 액정 재료 기반의 광학 센서, 위상제어 시스템 및 유기 전계트랜지스터 연구</h2><p>생체 분자에 부착된 형광 물질로부터 발생되는 신호를 이용하여 생화학 분석을 수행하는 전통적인 방법을 개선하기 위해서 레이저와 생체 분자의 비선형성을 이용하여 디지털방식으로 생체 분자를 검지하는 기술이 최근 개발되었다. 이 연구에서 특정 염기 서열을 갖는 DNA 분자를 레이저 발진의 게인(gain) 물질로 이용하여 레이저 소자를 구현하였고, 동시에 목적 DNA 와 다른 염기 서열을 가진 생체 시료로부터는 레이저 발진이 억제되는 것을 확인하였다(그림\(11\)a). 이 기술은 복잡하고 오랜 시간이 걸리는 기존 형광 기반 분석 방법과 달리 단 한 번의 레이저 펄스로 DNA 분자 검지가 가능한 초고속 바이오 센서 플랫폼이다. 또한 DNA 뿐만 아니라 레이저 캐비티(cavity)에 기능화 할 수 있는 어떠한 형태의 생체 물질도 같은 방식으로 검지가 가능하게 하는 원천기술로서, 조류 독감 바이러스를 비롯한 각종 병원체, 암세포로부터 발생하는 바이오 마커 분자 등 수많은 광학 바이오 센서에 적용될 수 있어 큰 파급 효과를 기대할 수 있다.</p><p>광학 공진기를 이용한 굴절률 기반 광학 센서는 대단히 높은 민감도를 가지고 있고 전자 센서로 구현할 수 없는 주파수 영역을 담당할 수 있어서 연구 단계에서 다방면에 활용되고 있고 수많은 학문적인 발견을 이끌었지만 실생활에서 활용할 수 있는 센서 기술로 발전시키기 위해서는 낮은 기계적 신뢰도와 굴절률을 변화시키는 물질, 상황 등의 한계와 같은 많은 장벽이 존재한다. 본 연구에서는 액정 물질을 광학 센서 소자에 도입하여 이러한 문제점들을 해결하는 시도를 하였다. 이방성 액정 분자가 가지고 있는 복굴절(birefringence)은 외부 상황의 변화로 인한 액정 분자들의 거동을 유효 굴절률의 변화로 이끌고 이를 굴절률 기반 센서에 활용하는 기법을 이용하여 실제로 초음파 센서 등에 활용하는 연구 등이 보고 되고 있다. 예를 들어, 앞서 언급한 다공성 양극 알루미늄 나노채널 기판 속에 액정 물질을 넣었을 때 단순히 온도 조절을 함으로써 변화되는 유효 굴절률에 따라 기판 표면에 도포된 금 박막의 플라즈모닉 가시광선 영역대의 수십나노미터 크기의 위상제어가 가능하다(그림 \( 11 \)b). 이러한 기술은 액정 물질에 따라 다양한 유효굴절률을 확보할 수 있고 이에 따라 수나노 미터에서부터 수백 나노미터의 초정밀 위상제어 시스템에 적용 될 수 있다.</p>
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"다공성 양극 알루미늄 나노채널 기판 속에 액정 물질을 넣었을 때 온도 조절만으로도 기판 표면에 도포된 금 박막의 플라즈모닉 가시광선 영역대의 수십나노미터 크기의 위상 제어가 가능해?",
"디지털 방식으로 생체 분자를 검지하는 기술은 레이저와 생체 분자의 어떤 성질을 이용하는가?",
"전통적으로 생화학 분석을 수행하기 위해서 어떤 방법을 이용했는가?",
"디지털 방식으로 생체 분자를 검지하는 기술로 DNA 외의 생체 물질도 검지가 가능한가?",
"기존 형광 기반 분석 방법은 디지털 생체 분자 검지 기술에 비해 시간이 짧게 걸리는가?",
"광학 공진기를 이용한 굴절률 기반 광학 센서는 전자 센서로 구현할 수 없는 주파수 영역은 담당할 수 없는가?",
"레이저와 생체 분자의 비선형성을 이용한 디지털 생체 분자 기술은 단 한 번의 레이저 펄스만으로도 DNA 분자 검지가 가능해?",
"광학 공진기를 이용한 굴절률 기반 광학 센서가 다양한 연구에 활용되고 수많은 학문적인 발견을 이끌 수 있었던 이유는 무엇인가?",
"디지털 방식으로 생체 분자를 검지하는 기술은 레이저와 생체 분자의 선형성을 이용하는가?",
"전통적인 생화학 분석 방법을 개선하기 위해 최근 개발된 기술은 어떤 방법을 사용하는가?",
"디지털 생체 분자 검지 기술로 인한 큰 파급 효과가 기대되는 이유가 뭐야?",
"낮은 기계적 신뢰도만 개선시킨다면 굴절률 기반 광학 센서를 실생활에서 활용할 수 있을까?",
"외부 상황의 변화로 인한 액정 분자들의 거동에 따라 유효 굴절률이 변하는 현상은 무엇인가?",
"특정 염기 서열을 갖는 DNA 분자를 레이저 발진의 게인 물질로 이용하여 레이저 소자를 만들었을 때 목적 DNA와 다른 염기 서열을 가진 생체시료로부터 레이저 발진은 촉진되는가?",
"굴절률 기반 센서에 복굴절을 활용하는 기법을 초음파 센서에 이용한 연구가 보고된 적 있어?",
"연구에서 레이저 발진의 게인 물질로 이용된 게 RNA야?",
"광학 공진기를 이용한 굴절률 기반 광학 센서를 실생활에서 활용하기 힘든 이유는 무엇인가?",
"생체 분자를 디지털 방식으로 검지하는 기술은 무엇을 레이저 발진의 게인 물질로 이용하는가?",
"디지털 생체 분자 검지 기술을 활용하면 레이저 캐비티에 기능화 할 수 없는 생체 물질도 검지가 가능한가?",
"광학 공진기를 이용한 굴절률 기반 광학 센서는 현재 실생활에서 널리 활용되는 센서 기술인가?",
"광학 공진기를 이용한 굴절률 기반 광학 센서는 매우 높은 민감도로 인해 연구 단계에서 활용되기 어려운가?",
"디지털 방식으로 생체 분자를 검지하는 기술의 장점은 무엇인가?",
"액정 물질을 광학 센서 소자에 도입했을 때의 장점은 뭐야?",
"기존 형광 기반의 생화학 분석 방법은 어떤 단점이 있는가?"
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마이크로스트립 사각 개방 루프 공진기와 가변 부성 저항을 이용한 저위상 잡음 Push-Push 전압 제어 발진기
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<h1>Ⅳ. 실험 결과</h1> <p>마이크로스트립 사각 개방 루프 공진기와 가변 부성 저항을 이용하여 제안한 push-push 전압 제어 발진기는 \( 2.2 \) 의 유전율과 \(31 \mathrm{mils}\)의 두께를 갖는 Rogers 기판을 사용하여 제작되었다. 그림 4는 제안한 push-push 전압 제어 발진기의 제작된 기판이다. 전압 제어 발진기의 주파수 조절 범위는 \(5.744\sim 5.859 \mathrm{GHz} \) 이고 위상 잡음 특성은 이 주파수 조절 범위에서 \(- 124.67 \sim - 22.67 \mathrm{dBc} / \mathrm{Hz} @ 100 \mathrm{kHz} \) 이다. 출력 전력과 고조파 특성은 각각 \( 8.67 \mathrm{dBm} \) 과 \( -15 \mathrm{dBc} \) 이다. 컬레터 전압과 전류는 각각 \( 1.8 \mathrm{~V} \) 와 \( 2.8 \mathrm{~mA} \)이며, 이때 전력 소모는 \( 50.4 \mathrm{~mW} \) 이다. 그림 5 는 제안된 push-push 전압 제어 발진기의 동작 촉성을 보여준다. 이 그림에서 보면 기본 추파수인 \( 2.9 \mathrm{GHz} \)와 그 에 상응하는 흘수 고조파 신호가 확실하게 억제된 것을 알 수 있다. Push push 구조에 의해 발생되어지는 주요 문제점인 기본 주파수와 츕수 고조파 신호의 발생을 마이크로스트립 사각 개방 루프 공진기를 이용하여 확실히 제거할 수 있다.</p> <p>위상 잡음 개선 효과를 증명하기 위하여, 제안된 push-push 전압 제어 발진기의 동작 튼성을 마이크로스트립 공진기룰 이용한 push-push 발진기와 마이크로스토립 사각 개방 루프 공진기와 가변 부성 저항을 이용한 도:일 종단 전압 제어 발진기의 동작 특성과 비교하였가. 단일 종단 전압 제어 발진기는 \( 3.2 \) 의 유전율과 \(31 \mathrm{mils}\)의 두께롤 갖는 taconic 기판을 이용하여 제작하겼다. 오프셋 주파수가 \( 100 \mathrm{kHz} \) 일 때, 마이크로스트립 공진기를 이용한 push-push 발진기, 마이크로스트립 사각 개방 루프 공진기와 가변 부성 저항을 이용한 단일 종단 전압 제어 발진기와 제안된 push-push 전압 제어 발진기의 위상 잡음 특성은 버랙터 다이오드에 인가되는 조절 전압이 \( 0 \mathrm{~V} \) 일 때, 각각 \( -91 \mathrm{dBc} / \mathrm{Hz},-116.16 \mathrm{dBc} / \mathrm{Hz},-124.67 \mathrm{dBc} / \mathrm{Hz} \)이다. 다른 발진기, 전압 제어 발진기와 비교했울 때 개선된 위상 잡음 특성은 오프셋 주파수 \( 100 \mathrm{kHz} \)에서 각각 \( -33.67 \mathrm{~dB},-8.51 \mathrm{~dB} \) 이다.</p> <p>버랙터 다이오드에 인가된 조절 전압 범위 \(0 \sim 26 \mathrm{V} \) 에서, 마이크로스트립 사각 개방 루프 공진기롤 이용한 단일 종단 전압 제어 발진기와 제안된 push-push 전압 제어 발진기의 위상 잡음 특성과 출려 전력은 그림 6 에 나와 있다. 출력 전력은 \( 3 \mathrm{~dB} \) 증가되었다.</p> <p>다른 전압 제어 발진기들과의 특성 비교를 위하여 가장 널리 사용되는 FOM(Figure Of Merit)은 다음과 같이 정의한다.</p> <p>\( F O M=L\{\Delta f\}-20 \log \left(\frac{f_{o}}{\Delta f}\right)+10 \log \left(\frac{P}{1 m W}\right) \)<caption>(10)</caption></p> <p>여기서 \( L\{\Delta f\} \) 는 \( f_{0} \) 의 캐리어 주파수로부터 \( \Delta f \) 의 오프셋 주파수에서의 위상 잡음이고, \( P \) 는 전압 제어 발진기 코어의 전력 소모이다. \( 1.8 \mathrm{~V} \) 의 공급 전압을 갖는 이 전압 제어 발진기의 FOM은 \( 5.744 \mathrm{GHz} \) 에서 \)-202.83 \mathrm{dBc/Hz@100 kHz}\)이다. 제안된 push-push 전압 제어 발진기의 FOM은 \( 1.7 \mathrm{~V} \) 의 공급 전압을 갖는 단일 종단 전압 제어 발진기의 FOM보다 오프셋 주파수 \( 100 \mathrm{kHz} \) 에서 \( 4.5 \mathrm{~dB} \) 개선되었다. 표 1 은 다른 발진기와 전압 제어 발진기와의 특성 비교를 나타낸다.</p>
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"건의한 push-push 전압 제어 발진기는 어떻게 만들었는가?",
"기본 주파수와 츕수 고조파 신호가 일어나는 것은 어떻게 없앨 수 있는가?"
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44563e73-12c8-4f6c-8070-ff1698a6b5fe
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인공물ED
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공진법을 이용한 \(1-3\)형 압전복합체의 단일상 등가물성 도출
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<h1>II. 1-3형 압전복합체의 물성 및 특성 파악</h1> <p>본 논문의 1-3형 압전복합체는 Hexagonal \( 6 \mathrm{~mm} \) 의 결정구조를 가지는 \( \mathrm{PZT}\) 세라믹이 삽입재로 사용되어 \(z\)축 방향 1 차원 결합을 이루고 있으며, 등방성 재료인 고분자 재료가 \( x,y, z \) 축 세 방향으로 3 차원 결합 형태를 가지므로, 1-3형 복합체의 유효물성 역시 Hexagonal \( 6 \mathrm{~mm} \) 의 결정구조를 가지게 된다. 그 유효물성을 행렬과 관계식으로 나타내면 식 (1)-(5)와 같다. 여기서, 윗줄 \(\bar{} \)는 복합체의 물성임을 나타내며, \( \overline{c^{E}}, \bar{e}, \overline{\epsilon^{S}} / \epsilon_{0}, \bar{\rho} \), \( \overline{k_{e f f}^{2}} \) 는 각각 복합체의 탄성 강성 계수 (stiffness), 압전계수, 상대유전율, 밀도, 유효 전기-기계 결합계수이고, \( \epsilon_{0} \)는 진공상태에서의 유전율 \( 8.854 \times 10^{-12}[\mathrm{~F} / \mathrm{m}], \nu \) 는 세라믹의 부피 비 (volume fraction)를, \( f_{r} \) 과 \( f_{a} \) 는 복합체의 특정 진동 모드에서의 공진 주파수와 반공진 주파수를 각각 나타낸다. 위 첨자 \( E \) 와 \( S \) 는 각각 전계와 변형률이 일정할 때의 값을, 위첨자 \( C \) 와 \( P \) 는 각각 세라믹상(ceramic phase)과 고분자상 (polymer phase)을 나타내고, 아래첨자 \( 1,2,3 \) 은 각각 결정축 \( x, y, z \) 를 나타낸다.</p> <p>\( \overline{c_{}^{E}}=\)\(\left(\begin{array}{cccccc} \overline{c_{11}^{E}} & \overline{c_{12}^{E}} & \overline{c_{13}^{E}} & 0 & 0 & 0 \\ \overline{c_{12}^{E}} & \overline{c_{11}^{E}} & \overline{c_{13}^{E}} & 0 & 0 & 0 \\ \overline{c_{13}^{E}} & \overline{c_{13}^{E}} & \overline{c_{33}^{E}} & 0 & 0 & 0 \\ 0 & 0 & 0 & \overline{c_{44}^{E}} & 0 & 0 \\ 0 & 0 & 0 & 0 & \overline{c_{44}^{E}} & 0 \\ 0 & 0 & 0 & 0 & 0 & \overline{c_{66}^{E}} \end{array}\right) \)<caption>(1)</caption></p> <p>\( \bar{e}= \)\(\left(\begin{array}{cccccc}0 & 0 & 0 & 0 & \overline{e_{15}} & 0 \\ 0 & 0 & 0 & \overline{e_{15}} & 0 & 0 \\ \overline{e_{31}} & \overline{e_{31}} & \overline{e_{33}} & 0 & 0 & 0\end{array}\right) \)<caption>(2)</caption></p> <p>\( \overline{\epsilon^{S} / \epsilon_{0}}=\left(\begin{array}{ccc}\overline{\epsilon_{11}^{S}} / \epsilon_{0} & 0 & 0 \\ 0 & \overline{\epsilon_{11}^{S}} / \epsilon_{0} & 0 \\ 0 & 0 & \epsilon_{33}^{S} / \epsilon_{0}\end{array}\right) \)<caption>(3)</caption></p> <p>\( \bar{\rho}=\nu \rho^{C}+(1-\nu) \rho^{P} \)<caption>(4)</caption></p> <p>\( \overline{k_{e, f}^{2}}=\frac{f_{a}^{2}-f_{\Gamma}^{2}}{f_{a}^{2}} \)<caption>(5)</caption></p> <p>식 (1) -(5)에 나타나 있듯이 Hexagonal \( 6 \mathrm{~mm} \) 결정구조의 복합체에서 동가물성으로 구해야 하는 독립 상수들은 \( \overline{C_{11}^{E}} \),\( \overline{C_{12}^{E}} \),\(\overline{C_{13}^{E}} \),\( \overline{C_{33}^{E}} \), \(\overline{e_{31}}, \overline{e_{33}}, \overline{e_{15}}, \overline{\varepsilon_{11}^{S}}, \overline{\varepsilon_{33}^{S}} \) 으로 총 열 개가 되며, \( \overline{C_{66}^{E}} \) 은 \( \left(\overline{c_{11}^{E}}-\overline{c_{12}^{E}}\right) / 2 \)와 같은 관계식으로 구할 수 있다. 이들 상수들은 압견구조 방정식에 의해 탄성 유연계수 (compliano) \( \overline{s^{\bar{E}}} \), 압전계수 \( \bar{d} \), 응력이 일정 할 때의 상대유전을 \( \overline{\varepsilon^{T}} \) 와 식 (6)-(8)과 같은 관계틀 가진다. 여기서[]\( ^{-1} \) 은 역행렬을, [ ] \( { }^{T} \) 는 전치행렬을 나타낸다.</p> <p>\( [\overline{c^{E}}]\)= \( \left[\overline{S^{E}}\right]^{-1} \)<caption>(6)</caption></p> <p>\( [\overline{e}]=[\overline{d}][\overline{c^{E}}]\)<caption>(7)</caption></p> <p>\( \left[\overline{\varepsilon^{S}}\right]=\left[\overline{\varepsilon^{T}}\right]-[\overline{d}][\overline{e}]^{T} \)<caption>(8)</caption></p> <p>본 논문에서 제안하는 등가물성 도출 방법은 각 물성값에 결정적인 영향을 받는 공진자의 유한요소모델들을 생성하여 그 공진 특성을 관찰함으로써 관련 물성을 도출하는 것이므로, 유한요소해석 과정에서 PZT세라믹과 고분자재료 각각의 정확한 물성을 입력해 주어야 한다. 본 연구에 사용된 압전세라믹은 PZT5A이고 고분자재료는 비스페놀 (Bisphenol)타입의 저점도 에폭시이며, 자세한 물성 값은 표 1에 나타내었다. 표에서 Vl과 Vs는 각각 종파와 횡파 속도를 나타낸다.</p> <p>앞서 설명한 바와 같이 1-3형 압전복합체는 단일상의 압전세라믹에 비해 전기-기계 결합계수가 높고, 음향 임피던스가 낮다는 특징이 있는데, 그 정도는 복합체의 구조에 따라 변하게 된다. 특히 전기-기계 결합계수는 압전재료의 부피 비에 따라 변화를 보이게 되며, \( 50 \sim 70 \% \)의 부피 비에서 가장 높은 전기-기계 결합계수를 가진다고 알려져 있다. 따라서 이 부피 비에 대해서 ANSYS를 이용한 유한요소해석 결과를 분석하고, 1-3형 복합체를 직접 제작하여 그 결과를 검증하였다. 제작에 사용된 PZT5A와 고분자재료는 표 1에 나타낸 물성과 같고, ‘Dice& Fill’ 방식으로 제작하였으며, PZT5A의 부피비가 \( 50 \% \), \( 60 \% \), \( 70 \% \)로 제작한 결과와 치수 들은 그림 2에 나타내었다. 제작한 압전복합체의 두께 방향 임피던스 측정결과와, 제작한 복합체와 동일한 치수를 가지는 유한요소 모델의 해석 결과는 그림 3과 같다. 제작한 복합체들의 임피던스는 임피던스 분석기 HP 4294A를 이용하여 측정하였다.</p> <p> <table border><caption>표 1. PZT5A 압전세라믹과 고분자재료의 물성</caption> <tbody><tr><td colspan ="4">PZT5A</td></tr><tr><td>\( c_{11}^{E}\left[10^{10} \mathrm{~N} / \mathrm{m}^{2}\right] \)</td><td>12.1</td><td>\( e_{31}\left[\mathrm{C} / \mathrm{m}^{2}\right] \)</td><td>-5.4</td></tr><tr><td>\( c_{12}^{E}\left[10^{10} \mathrm{~N} / \mathrm{m}^{2}\right] \)</td><td>7.54</td><td>\( e_{33}\left[\mathrm{C} / \mathrm{m}^{2}\right] \)</td><td>15.8</td></tr><tr><td>\( c_{13}^{E}\left[10^{10} \mathrm{~N} / \mathrm{m}^{2}\right] \)</td><td>7.52</td><td>\( e_{15}\left[\mathrm{C} / \mathrm{m}^{2}\right] \)</td><td>12.3</td></tr><tr><td>\( c_{33}^{E}\left[10^{10} \mathrm{~N} / \mathrm{m}^{2}\right] \)</td><td>11.1</td><td>\( \epsilon_{11}^{S} / \epsilon_{0} \)</td><td>916</td></tr><tr><td>\( c_{44}^{E}\left[10^{10} \mathrm{~N} / \mathrm{m}^{2}\right] \)</td><td>2.11</td><td>\( \epsilon_{33}^{S} / \epsilon_{0} \)</td><td>830</td></tr><tr><td>\( c_{66}^{E}\left[10^{10} \mathrm{~N} / \mathrm{m}^{2}\right] \)</td><td>2.11</td><td>\( \rho^{C}\left[\mathrm{~kg} / \mathrm{m}^{3}\right] \)</td><td>7750</td></tr><tr><td colspan ="4">Polymer</td></tr><tr><td>\( V_{l}[\mathrm{~m} / \mathrm{s}] \)</td><td>2550</td><td>\( \epsilon / \epsilon_{0} \)</td><td>3.92</td></tr><tr><td>\( V_{s}[\mathrm{~m} / \mathrm{s}] \)</td><td>1140</td><td>\( \rho^{P}\left[\mathrm{~kg} / \mathrm{m}^{3}\right] \)</td><td>1220</td></tr><tr><td>\( c_{11}^{P}\left[10^{10} \mathrm{~N} / \mathrm{m}^{2}\right] \)</td><td>0.796</td><td></td><td></td></tr><tr><td>\( c_{12}^{P}\left[10^{10} \mathrm{~N} / \mathrm{m}^{2}\right] \)</td><td>0.480</td><td></td><td></td></tr></tbody></table></p> <p>그림 3에서 확인 할 수 있듯이 측정한 스펙트럼과 유한요소해석을 통한 임피던스 스펙트럼이 두께 모드 공진과 반공진 주파수에서 잘 일치하는 것을 확인 할 수 있으며, 공진과 반공진 주파수에서의 상대 오차는 \( 1.8 \% \) 이하로 나타났다. 이 결과를 통해, 1-3형 압전복합체의 주파수특성을 본 연구에서 만든 유한요소 모델을 이용해 해석하는 것이 타당하며, 실제 제작 결과에 대한 예측에 있어서도 높은 정확성을 기대할 수 있음을 확인하였다. 이와 같이 검증된 유한요소모델을 이용하여 PZT5A의 부피 비 변화에 따른 압전복합체의 임피던스 스펙트럼을 구하고, 위의 식 (5)를 이용하여 두께모드 전기-기계 결합계수를 계산한 결과, PZT의 부피 비가 0.6인 경우 전기-기계 결합계수가 가장 높게 나타났다. 또한 종횡비의 영향도 유한요소해석을 통해 분석하여, 경향방 진동모드 (lateralmode)에 의한 모드 결합 영향이 나타나지 않는 조건이 0.6 이하임을 확인 하였다. 따라서 등가물성을 도출하기위한 1-3형 압전복합체의 기본 구조는 PZT의 부피 비가 항상 0.6, 종횡비가 0.6 이하가 되도록 유한요소 모델을 구성하였다.</p>
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"두께 모드 공진과 반공진 주파수에서 측정한 스펙트럼과 유한요소 해석을 통한 임피던스 스펙트럼은 전반적으로 일치하는 것을 파악했는데 공진과 반공진 주파수에서의 상대 오차가 어떻게 나타났지?",
"제안하는 등가물성 도출 방법은 어떻게 관련 물성을 도출하는 것이지?",
"공진 특성을 관찰함으로써 관련 물성을 도출하는 등가물성 도출 방법의 경우 어떻게 공진 측성을 유도하지?",
"압전 복합체는 음향 임피던스가 낮고 단일상의 압전 세라믹에 비해 전기-기계 결합 계수가 높은 특성이 있는데 이는 복합체 구조에 따라 어떻게 되지?",
"압전 재료의 부피 비에 따라서 변화를 나타내는 전기-기계 결합계수는 \\( 50 \\sim 70 \\% \\)의 부피 비에서 어떻게 나타나지?",
"PZT5A 압전세라믹에서 \\( c_{33}^{E}\\left[10^{10} \\mathrm{~N} / \\mathrm{m}^{2}\\right] \\)이 나타내는 값은 얼마지?",
"표 1에서 \\( c_{33}^{E}\\left[10^{10} \\mathrm{~N} / \\mathrm{m}^{2}\\right] \\)은 무슨 수치를 나타내?",
"3.92는 표1에서 Polymer의 어떤 값이지?",
"표 1에서 \\( c_{11}^{P}\\left[10^{10} \\mathrm{~N} / \\mathrm{m}^{2}\\right] \\)의 값은 얼마지?",
"두께모드 전기-기계 결합 계수를 계산한 결과에서 전기-기계 결합 계수가 가장 높게 보일 때 부피비가 어떻게 되었지?",
"모드 결합 영향이 경향방 진동모드에 의하여 일어나지 않는 조건이 0.6 이하로 나타나는 것은 어떻게 확인했지?",
"유한요소해석을 통해 종횡비의 영향을 분석했을 때 0.6 이하일 경우 어떻게 되는 조건이지?",
"등가물성을 도출을 위한 1-3형 압전복합체의 기본 구조로 유한요소 모델을 구성할 때 PZT의 부피 비는 어떻게 설정했지?",
"유한요소 모델에 대해 구성할 때 1-3형 압전복합체의 기본 구조에서 종횡비는 어떻게 했지?",
"표1에서 Polymer의 \\( V_{l}\\)의 값은 몇 \\(\\mathrm{~m} / \\mathrm{s}\\)지?",
"PZT5A 압전세라믹에서 \\( \\rho^{C}\\)의 값이 7750일 때 단위는 어떻게 사용하지?"
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