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[공학]고주파용접

ⅰ) 고주파 용접의 개요 및 원리450kHz 정도의 높은 주파수의 전류를 용접 대상물에 흘려보내 이 때 발생하는 열로 용접하는 방법이다.) 용접 조건에 따라 별도의 Upsetting Force를 가하기도 한다. 국내에서는 주로 Bending등의 성형과정에 고주파가 많이 이용되고 있다. 산업계에 폭 넓게 상용 Process로 개발되기 시작한 것은 1940 ~ 1950년대 부터이다.고주파 용접은 전류의 공급방식에 따라 두 가지로 나뉘는데, 용접 대상물에 직접 전류를 보내 용접열을 얻는 고주파저항용접과 용접물에 직접 전류를 보내지 않고 유도코일에 의해 모재(母材)에 유도된 전류의 열을 이용하는 고주파유도용접이 있다. 전류의 공급 방식은 다르나 두 방법 모두 고주파 전류에서 발생하는 저항열로 용접을 하는 점에서 기본원리는 같다.두 가지 방법 모두 전류가 공급되는 방식의 차이만 있지 고주파 전류에서 발생되는 저항열로 용접을 실시하는 점에서는 기본원리는 같다.일반적인 용접기에 사용되는 저주파의 경우 용접을 실시하기 위해서는 높은 전류가 필요하지만 고주파 용접에서는 전류가 표면에 집중되고 전류가 집중되기 때문에 상대적으로 낮은 전류만으로도 용접을 실시할 수 있다. 즉, 그만큼 용접열이 집중되는 위치를 조절하기 쉽고, 에너지의 집중이 좋아서 용접속도가 빠르다.ⅱ) 고주파 용접의 장,단접① 장점매우 좁은 열 영향부(HAZ)를 만들고, 용접부의 성능 개선을 위한 열처리가 거의 필요 없다. 그리고 에너지 효율이 좋아서, 낮은 전력 소모로 빠른 용접을 실시할 수 있다. 0.13mm이하의 매우 얇은 두께와 25mm정도의 두께도 용접이 가능하며, 강종 제한이 거의 없다. 마지막으로 용접 시간이 짧고, 국부적인 가열로 인해 용접부의 산화나 변형의 위험성이 작다.② 단점열 집중이 심하고 자동으로 선형 (Line Operation)의 용접을 실시하므로 용접 Joint의 정확한 Fit-up작업이 필요하다. 또한 높은 고주파를 사용하므로 주변 공장 기기에 영향을 줄 수 있다. 그리고 설치와 운전 중에 이에 대해 신경을 써야 한다. 또한 작업자의 안전 관리에도 주의하여야 한다. 그리고 HFIW의 경우에는 반드시 유도 전류 Coil을 장착할 수 있는 Tube, Pipe 등의 형상이어야만 하는 용접물 형상의 제한이 있다.ⅲ) 고주파 용접 시행① Skin Effect일반적으로 강에 전류가 흐르면 전도되는 부분에 균일하게 열이 발생하지만, 고주파 용접은 전류가 용접재의 표면에 집중되므로 열의 집중이 발생하고 이에 따른 전류의 침투 깊이도 표면에 국한되게 된다.이러한 현상을 Skin Effect라고 부른다. 다음에 소개되는 Proximity Effect와 함께 고주파 용접을 가능하게 만드는 기본 원리이다.강종별로 전류 침투 깊이는 온도와도 밀접한 관계를 가지고 있다.② Proximity Effect고주파 용접 전류는 용접부 따라 표면의 가장 가까운 회귀 회로를 구성하면서 흐르게 된다. 즉, 인접한 두 금속의 표면을 따라 고주파가 흐르게 되고, 이 부분에 열이 발생하여 용접을 가능하게 하는 것이다. 이러한 현상을 Proximity Effect라고 부른다. Skin Effect와 Proximity Effect는 주파수가 커질수록 강하게 나타난다.ⅵ) 고주파 용접 관련 회사 소개고주파 용접기를 만드는 회사를 검색하는 중에 보성 고주파라는 회사를 찾게 되었다. 고주파 열처리, 용접, 유도가열, 용해, 브레징 설비 전문업체로서 파이프 생산 고주파 용접기를 우리나라에서 처음 미국 외 5개 나라에 수출한 업체이다. 98년 IMF정국을 맞이하여 다른 업체들이 불황에 따른 매출감소로 어려움 을 겪을 때 보성고주파는 오히려 수출 물꼬를 틔워 해외시장 진출이 활발히 이루어졌다. 보성고주파의 처음은 고척동 동국상가(공장은 남동공단)에 직원 4명을 데리고 창업을 했다고 한다. 설립년도부터 고주파열처리 용접기를 주로 생산하였다. 그동안 부도 날 뻔한 위기도 여러 차례 겪었지만 가계수표나 어음을 발행하지 않는 등 영업에서의 신뢰성을 확보하여 그 때 그 때 위기를 뛰어 넘었다고 한다. 지금은 한일철강(주)의 특별한 배례와 협력으로 국내에서 가장 큰 용량 (600KW)의 고주파 용접기를 생산하는 데 이르렀으며, 94년에는 국내 최초로 450Kw/350Khz 고주파용접기를 개발 대원기공에서 생산 중 수입대체와 98년 8월에는 세관용 특수관 고주파용접기를 개발하여 (주)상아정관에서 사용하고 있으며 최고의 품질로 수입대체효과를 가져왔다. 또한 98년 10월에는 C형강 및 테크프레이트 중주파 가열장치 350Kw/ 5Khz를 개발하여 (주)범우에서 사용하고 있다. )

공학/기술| 2007.06.23| 4페이지| 1,500원| 조회(1,388)

용접, 고주파, 초고주파, 전파, 고주파 용접

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[공학]수중용접과 고주파용접

ⅰ) 수중 용접의 시작수중에서 행해지는 용접 중 가장 널리 이용되는 방식은 수중 용접이다. 수중에서 용접 할 수 있는 방법은 1801년 Humphrey Davey 경에 의해 개발되었지만, 1917년에야 선박의 누수를 막기 위해 해군 정비창에서 최초로 실제 작업에 적용 되었다. 그 후 2차 세계대전 기간 동안 미국 해군에 의해 비상시 선박 수리 방법으로 본격적인 사용이 시작되었고 선박 인양 작업에 더욱 광범위하게 사용되기 시작했다. 해양 원유, 가스업계에서 본격적으로 수중 용접을 활용하기 시작한 것은 1960년 말에서 1970년대 초에 걸쳐 이루어졌는데, 몇 가지 중요한 연구와 발견으로 인해 모든 자세에서의 용접이 가능해지게 되었다. 그리고 새로운 재질을 적용한 연구가 계속되어 업체들이 고품질의 용접봉을 생산하게 되었고 향상된 용제 조합은 거친 환경으로부터 용접면을 완벽하게 보호할 수 있게 되었다.ⅱ) 수중 용접의 원리수중 용접의 원리는 전기 불꽃의 열이 모재를 녹이고 용제가 용접 된 부위를 덮게 되는 것이다. 적절한 전기 불꽃을 생성하기 위해서는 적절한 시스템을 적용시켜야 하는데, 지상 용접의 경우와 동일하다. 수중 용접은 적절한 직류 전원, 케이블, 회로 차단기, 용접봉 집게, 접지 클램프, 용접봉으로 구성되어 한쪽 케이블은 전원의 (-)측에 연결되고 다른 한쪽은 (+)측에 연결되어 회로 차단기를 통과하여 용접봉 집게나 접지 클램프에 연결된다. 덮인 용접봉이 모재에 접촉하게 되면 불꽃이 발생하게 되는데 불꽃의 열(6,000도-10,000도)이 용접봉의 끝 부분과 주위의 모재를 동시에 녹이게 되고, 용접봉으로부터 작은 입자들이 녹아서 불꽃의 흐름을 따라 중력, 전기, 전자기, 가스 확산, 표면장력 등의 영향으로 모재로 이동하여 용접이 이루어지게 된다. 한편, 불꽃에서 발생되는 가스와 슬래그도 동시에 이동하여 냉각 속도를 지연시키게 되며, 적절한 용접봉 이동 속도와 간격을 유지하면 올바른 용접선이 생성된다.ⅲ) 수중 용접의 장?단점① 장점장비의 준비가 쉽고, 가격이 저렴하며 간단하고 기동성이 좋다. 용접 과정 중 용접봉을 둘러 싼 용제가 모재와 용재를 주위로부터 보호한다. 보조 기체나 용제, 혹은 다른 추가 재료가 필요치 않다. 고가의 수중 구조물이나, 클램프, 드라이 도크가 필요치 않다. 수심 100m 이내에서는 언제든지 작업이 가능하다. 비용, 속도, 적응력, 다양성 등에서 효율적이다. 수 시간 내로 장비의 준비가 가능하다. 배우기 쉽다.② 단점금속의 연성이 감소한다. 기공률이 증가한다. 탄소 함량이 0.4% 이상인 금속은 균열성이 증가한다. 지상용접에 비교하여 85% 정도의 효율성을 갖는다. 급속한 냉각으로 인한 열변형 부위 (HAZ)가 생긴다. 용접 부위의 수소 함량이 매우 높아진다. 용접 품질 달성을 위하여 최소 0.5m 이상의 시야가 요구된다.아쉽게도 수중 용접 절차에 따라 행해진 용접은 대부분의 경우 질이 낮고, 수준 이상의 품질을 유지하기 어렵다는 비판을 받아 왔다. 위에 열거된 단점들에 더하여 수중 용접에 대한 부적절한 이해나 부주의한 다이빙 업체나 비숙련 다이버에 의한 단점들이 원인을 제공하였는데, 비용을 절감하기 위해 재질을 고려치 않고 일반 용접봉을 왁스, 페인트, 니스, 라커 등에 담궈 사용하거나, 수중 용접이 가능한 금속에 대한 잘못된 지식을 적용한 경우 등이 그것이다. 이런 경우의 결과는 쉽게 예측이 가능한데, 강도 미달, 품질 미달 등이다.이러한 단점들은 수중용접에 대한 적절한 이해가 있다면 충분히 방지하여 신뢰성 있고, 영수적인 품질의 용접을 할 수 있다. 근래에는 각 용도 별 용접봉의 생산과 진보된 교육으로 인해 용접 품질의 향상이 이루어져 수중용접에 대한 수요가 증가하고 있다.근년 들어 수중 용접과 관련된 많은 연구, 개발이 행해졌고 발전도 뒤 따랐다. 이러한 발전의 주역은 새로운 용접봉이 주된 역할을 담당했고, 수중 용접과 장비에 대한 정확한 이해도 커다란 기여를 하였다. 미국 용접 협회(AWS)는 세계적으로 통용 가능한 기준을 만들었는데 용접 품질의 저하를 방지하는데 큰 공헌을 하였다. 그러나 AWS의 규정을 지키지 않는 다이빙 업체나 수요자도 있다.ⅳ) 수중 용접의 전망 및 적용사례수중 용접은 특수한 것이기 때문에 전망이 밝지 않겠느냐는 근시안적인 판단을 하기 쉬운데 우리나라뿐만 아니라 세계 어느 나라에서도 수중 용접만 전문적으로 할 수 있는 일감은 없다. 단지 보수, 수리 등 작업 여건상 필요에 의해 용접할 일이 있으면 한시적으로 용접을 하고 불필요한 부분은 제거(절단)하는 것에 지나지 않는다. 그리고 수중용접은 육상용접에 비해 강도가 현저히 떨어지므로 꼭 수중용접을 해야 할 경우가 아니라면 먼저 육상용접을 할 수 있는 방법을 생각해야 할 만큼 불가피한 경우 또는 임시조치로 쓰일 때가 많다.그러나 수중 용접은 조선 업계에서는 유용하게 사용되고 있다. 도크보다 더 큰 선박을 건조할 수 있는 최초 공법인 것이다. 도크를 초과하는 선체 부분은 육상에서 나머지 블록을 만든 뒤 수중에서 용접을 통해 접합 시키는 전무후무한 한진만의 초일류 공법이다. 아울러 국내 최초로 극후판 전용 수직 자동 용접 기술을 개발, 세계적으로 손꼽히는 기술이 용접과 맞물려 고개를 들어내고 있다. 국내 항만 기술력 호황에 박차를 가하여 다양한 용접기법 들을 개발, 발전시켜 용접산업 역시 제 2의 호황을 누릴 수 있기를 기대해 본다.)수중용접의 적용사례)로는① 선박의 긴급수리를 요할 경우② 파손된 선체에 수밀을 요할 경우③ 수중토목 시공 또는 보수작업을 요할 경우④ 부두시설의 강관 Pile에 아노드(Anode)를 부착 할 경우⑤ 그 밖의 간단한 수리작업

공학/기술| 2007.06.23| 4페이지| 1,500원| 조회(1,554)

용접, 조선, 수중, 분류, 수중용접

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[공학기술]5GHz에서의 브랜치라인커플러 평가A좋아요

5GHz에서의 브랜치라인 커플러☞ 커플링커패시터는 고주파일수록 잘 통과시키는 특성을 가진다. 이 소자는 내부적으로 DC는 완전히 막혀있고, AC중에서 주파수가 높아질수록 잘 통과시키는 특성을 가진다. 그리고 커패시터의 구조는 양쪽에 금속판이 존재하고 그 사이에 유전체가 존재하는 형태를 가지는데, 이는 원하는 값의 커패시턴스를 정확히 가지도록 설계된 것이다.즉, 금속과 금속 사이에 유전체가 존재하면 그 자체가 전부 커패시터가 될 수 있다는 것이다. 여기서 주파수가 올라갈수록 더 많은 신호가 전달되는데, 바로 이 문제가 고주파 설계를 어렵게 만드는 이유 중의 하나이다. 여기사 주파수가 올라갈수록 같은 C에서 신호가 잘 흐르는 가는 다음 수식을 통해 잘 알 수 있다.결국 위 식에서 C값이 고정되어 있고, 주파수가 커지면 분모가 커지기 때문에 X값은 작아진다. 그리고 주파수가 클수록 임피던스(Z)의 리액턴스(X)가 작아져서 손실은 적어지고 통과하기가 쉬워진다결국 우리가 흔히 커플링(coupling)이라고 불리는 개념은 바로 이러한 모든 금속 간에 존재하는 커패시턴스 개념에서 시작된다. 즉, 공간적으로 떨어져 있는데도 신호가 전달되어 버리는 현상이 일어나는 것이다. 이는 바로 고주파인 RF의 관점에서만 이해가 가능한 부분이다.여기서 커패시턴스에 기초한 커플링 개념은 공간상의 전계(electric field)형성에 의존한 개념인데 이 외에도 선로 관점에서 자계(magnetic field)형성에 의한 커플링개념이 존재한다. 바로 상호인덕턴스에 의한 것이다.인덕턴스란 위 그림과 같이 선로주변에 형성되는 자계형성에서 시작되는데, 주파수가 존재한다는 얘기는 그 주파수만큼 선로의 전류방향이 수시로 변한다는 의미이고 그로 인해서 선로 주변에 존재하는 자계도 따라 변해야 한다. 그렇지만 주파수가 올라갈수록 주변자계의 변화속도가 따라가지 못해서 결국 고주파의 흐름을 방해하는 요소가 되는 것, 즉 주파수가 올라갈수록 신호의 흐름을 방해하는 성질을 바로 인덕턴스(inductance)라 한다.그리고 선로 주변에 자계가 형성되다보면 인접한 선로간의 자계끼리 섞여서 서로 자기 신호의 성질을 전달하고 나누는 특성이 발생하는데, 이것을 바로 상호인덕턴스(mutual inductance)라 부른다.이러한 전자계적인 신호 교류현상을 커플링이라고 한다. 금속과 금속간의 거리가 가까워짐으로써 신호가 전자계적으로 교환되는 이런 현상은 원하지 않는 부담스런 기생효과(parasitic effect)처럼 보이기도 한다. 이러한 고주파에서 선로간의 간섭이라는 건 선로간의 커플링으로 인해 원하지 않는 잡신호가 유입되거나 서로 전달되어서 교란되는 현상을 지칭한다.이러한 커플링의 정도를 인위적으로 조절하는 것이 커플러라고 하는 것이다.☞ 커플러① 커플러가 필요한 경우?커플링현상을 이용하여 원하는 만큼의 전력을 가져와야 할 경우에 커플러라는 개념의 물건이 필요하다. 그리고 실제로 RF를 다루다보면 일부 전력을 추출해서 가져와야 하는 경우가 많이 존재한다.이러한 커플러들은 많은 경우 4포트 대칭구조로서, 입력 포트 위치에 따라 나머지 포트들의 용도와 특성들이 결정되기 때문에 directional coupler(방향성 결합기) 라고도 불리는데, 이러한 커플러의 회로심벌은 아래의 두 가지가 있으며, 주로 오른쪽의 X자표시가 된 심벌이 주로 애용됩니다.② 커플러의 용도1. Power sampling (전력 추출)어떤 RF 신호가 흐르는 경로에서 실제 흐르는 신호의 특성을 살짝 체크해야 할 일이 있는 경우, 그 신호의 흐름 자체는 방해하지 않으면서 그 신호의 특징은 그대로 필요할 때 커플러를 이용한 전력 추출이 필요하다.즉, 원래 신호보다 30dB만큼 작은 전력을 추출해오더라도, 원래 흐르던 신호의 파형은 그대로 유지된 채 단지 전체적으로 원래 신호보다 30dB 만큼 작은 전력의 파형일 뿐, 이를 통해서 신호 자체의 특징이나 담고 있는 정보나 또는 현재 실제경로로 흐르는 신호의 전력이 어느 정도 레벨인지를 알아낼 수 있다는 것이다.2. Power Dividing만약 커플러가 전력을 추출하고자 할 때, -3dB(1/2)와 같이 아주 많은 양의 전력을 추출해 버리면 이는 sampling의 개념 수준을 완전히 넘어가 버린다. 이 정도 많은 양을 추출해오면 이건 전력추출의 용도가 아니라 전력 배분의 개념으로 넘어가게 된다.커플러를 이용한 전력 추출이나 전력 배분이나 커플링의 원리 자체는 동일한데, 단지 용도가 다른 것이다. 일부 작은 신호만 따오는 것이냐 아니면 전력을 나누어 쓰기 위한 것이냐 중 어느 것에 목적을 두고 있느냐에 따라 커플링되는 전력 수준이 다른 것이다.☞ 브랜치라인 커플러위 그림은 브랜치라인 커플러의 기본 구조를 나타낸다. 기본적으로 1/4 파장 선로로 구성되어 있으며 각 선로는 마이크로스트립 선로 등의 전송선로에 의해 구성되어 있다. 구조적인 특성상, 브랜치라인 커플러는 각각 반반씩의 전력을 가지는 90도의 위상분배 특성을 가진다. 그리고 Zr은 Zo/이고 Zp는 Zo의 임피던스를 가지며 포트 1과 4는 서로 절연되어 있으며, 역시 포트 2와 3도 서로 절연되어 있다. 따라서 S파라메터 관계식으로 표현하면 다음과 같다.Direct coupling을 직접 이용한 대표적인 전송선로 커플러로서, 매우 광범위하게 응용되는 유용한 커플러이며 장점으로는 설계가 간단하고 DC적으로도 결합하고 있다는 것과 형상이 커서 점유 면적이 넓고 사용할 수 있는 주파수 대역폭이 좁다는 점이 있다. 특히 주파수 대역폭이 좁다는 단점을 보완하기 위해서 1개의 shunt arm을 추가하여 90° Hybrid를 두 개 합친 것 같은 형태를 구현하기도 한다. 2-Arm과 3-Arm의 브랜치라인 커플러의 특성을 비교 시뮬레이션한 결과를 위에서 나타내었다. 그리고 S41의 결과를 보면, 2-arm보다 3-arm 쪽의 대역폭이 개선되었다는 것을 쉽게 확인할 수 있습니다. 그러면 이제부터는 브랜치라인 커플러의 분배, 결합 특성에 대해서 알아보도록 한다.① 90도 위상 결합 특성결론포트 11W의 전력을 가지는 입력신호 cos(wt)를 입력포트 2, 30.5W의 전력을 가지며, 위상차가 90도인 두 개의 신호cos(wt-90)와 cos(wt-180)가 각각 출력포트 4절연 특성에 의해 신호가 출력되지 않는다.원인포트 1~2와 포트 1~3간의 거리는 각각 λ/4와 λ/2이며, 따라서 포트 1에서의 입력신호가 포트 2,3으로 진행하는 경우, 위상지연은 각각 -90도와 -180도이므로, 포트 2와 3에서 각각 신호 cos(wt-90)와 cos(wt-180)가 출력된다.그리고 포트 4에서 출력신호가 존재하지 않는 이유는 포트 1에 신호가 입력되면 포트 1로부터 포트 4로 이르는 신호의 경로는 반시계 방향의 경로와 시계 방향의 경로 2가지가 있다. 시계 방향 경로의 거리는 3λ/4이고 반시계 방향 경로의 거리는 λ/4이므로, 양쪽 경로 차이는 λ/2이다. 따라서 양쪽 경로에 의해 전달된 신호는 서로 180도의 위상차를 가지므로, 서로간에 역위상 결합되어 포트 4로 출력되는 신호는 없다. 대칭구조에 의해 포트 4에 입력신호를 가하고 포트 2,3에서 출력신호를 뽑아내는 경우 역시 아래 그림과 같이 같은 원리에 의해 동작한다.

공학/기술| 2007.06.02| 10페이지| 1,500원| 조회(786)

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[공학기술]5GHz에서 동작하는 브랜치라인 커플러 평가A+최고예요

5GHz에서의 브랜치라인 커플러전파공학과20001165 권명진Ⅰ. 서론현재 고주파 및 초고주파 분야는 이동통신의 급격한 발전 및 서비스의 다양화로 인해 더 넓고, 더 높은 주파수 대역을 사용하는 추세이다. 이에 따라 시스템이 복잡해지고, 내부에 사용되는 혼합기, 증폭기, 발진기, 다이오드, 스위치 등 능동소자의 사용이 늘면서 그들이 발생하는 고조파, 상호변조 왜곡 등 불요신호(unwanted signal)의 제거는 과거로부터 지금까지 해결해야 할 근본적인 문제이고, 시스템의 광대역화로 이들 문제는 더욱 심각해지고 있다).또한 통신시스템의 저가격화, 초소형화 및 복합기능의 필요성은 이제 당면한 과제가 되었고, 이와 같은 과제들의 돌파구를 찾기 위해 여러 가지 방안들이연구, 발표되고 있다. 그 중에서도 마이크로 스트립라인을 이용한 방향성 결합기의 대표적인 예는 평형선로 결합기, 브랜치라인형 결합기 및 링-하이브리드 방향성 결합기 등이 많이 이용되고 있다.이 중에서 브랜치라인 커플러는 초고주파 집적 회로 (Microwave Integrated Circuit, MIC)의 필수적인 요소로 평형 혼합기, 평형 증폭기, 주파수 판별기, 위상 천이기, 그리고 안테나 급전망 등에 널리 사용된다. 브랜치라인 커플러는 출력 포트의 위상 차에의해서 λ/4 브랜치라인형과 레트레이스, λ/2 브랜치라인형 등으로 분류할 수 있다.)이번 실험에서는 5GHz에서의 브랜치라인 커플러를 ADS 프로그램을 이용하여 설계하고, 이를 바탕으로 직접 제작하여 그 결과를 비교하는 과정을 거친다.Ⅱ. 커플러의 용도)커플링현상을 이용하여 원하는 만큼의 전력을 가져와야 할 경우에 커플러라는 개념의 물건이 필요하다. 그리고 실제로 RF를 다루다보면 일부 전력을 추출해서 가져와야 하는 경우가 많이 존재한다.이러한 커플러들은 많은 경우 4포트 대칭구조로서, 입력 포트 위치에 따라 나머지 포트들의 용도와 특성들이 결정되기 때문에 directional coupler(방향성 결합기) 라고도 불리는데, 이러한 커플러의 그 신호의 흐름 자체는 방해하지 않으면서 그 신호의 특징은 그대로 필요할 때 커플러를 이용한 전력 추출이 필요하다.즉, 원래 신호보다 30dB만큼 작은 전력을 추출해오더라도, 원래 흐르던 신호의 파형은 그대로 유지된 채 단지 전체적으로 원래 신호보다 30dB 만큼 작은 전력의 파형일 뿐, 이를 통해서 신호 자체의 특징이나 담고 있는 정보나 또는 현재 실제경로로 흐르는 신호의 전력이 어느 정도 레벨인지를 알아낼 수 있다는 것이다.2.2 Power Dividing만약 커플러가 전력을 추출하고자 할 때, -3dB(1/2)와 같이 아주 많은 양의 전력을 추출해 버리면 이는 sampling의 개념 수준을 완전히 넘어가 버린다. 이 정도 많은 양을 추출해오면 이건 전력추출의 용도가 아니라 전력 배분의 개념으로 넘어가게 된다.커플러를 이용한 전력 추출이나 전력 배분이나 커플링의 원리 자체는 동일한데, 단지 용도가 다른 것이다. 일부 작은 신호만 따오는 것이냐 아니면 전력을 나누어 쓰기 위한 것이냐 중 어느 것에 목적을 두고 있느냐에 따라 커플링되는 전력 수준이 다른 것이다.Ⅲ. 브랜치라인 커플러의 기본 구조위 그림은 브랜치라인 커플러의 기본 구조를 나타낸다. 기본적으로 1/4 파장 선로로 구성되어 있으며 각 선로는 마이크로스트립 선로 등의 전송선로에 의해 구성되어 있다. 구조적인 특성상, 브랜치라인 커플러는 각각 반반씩의 전력을 가지는 90도의 위상분배 특성을 가진다. 그리고 Zr은 Zo/이고 Zp는 Zo의 임피던스를 가지며 포트 1과 4는 서로 절연되어 있으며, 역시 포트 2와 3도 서로 절연되어 있다. 따라서 S파라메터 관계식으로 표현하면 다음과 같다.Direct coupling을 직접 이용한 대표적인 전송선로 커플러로서, 매우 광범위하게 응용되는 유용한 커플러이며 장점으로는 설계가 간단하고 DC적으로도 결합하고 있다는 것과 형상이 커서 점유 면적이 넓고 사용할 수 있는 주파수 대역폭이 좁다는 점이 있다. 특히 주파수 대역폭이 좁다는 단점을 보완하기 위해서 1개의 s의 전력을 가지며, 위상차가 90도인 두 개의 신호cos(wt-90)와 cos(wt-180)가 각각 출력포트 4절연 특성에 의해 신호가출력되지 않는다.포트 1~2와 포트 1~3간의 거리는 각각 λ/4와 λ/2이며, 따라서 포트 1에서의 입력신호가 포트 2,3으로 진행하는 경우, 위상지연은 각각 -90도와 -180도이므로, 포트 2와 3에서 각각 신호 cos(wt-90)와 cos(wt-180)가 출력된다.그리고 포트 4에서 출력신호가 존재하지 않는 이유는 포트 1에 신호가 입력되면 포트 1로부터 포트 4로 이르는 신호의 경로는 반시계 방향의 경로와 시계 방향의 경로 2가지가 있다. 시계 방향 경로의 거리는 3λ/4이고 반시계 방향 경로의 거리는 λ/4이므로, 양쪽 경로 차이는 λ/2이다. 따라서 양쪽 경로에 의해 전달된 신호는 서로 180도의 위상차를 가지므로, 서로간에 역위상 결합되어 포트 4로 출력되는 신호는 없다. 대칭구조에 의해 포트 4에 입력신호를 가하고 포트 2,3에서 출력신호를 뽑아내는 경우 역시 아래 그림과 같이 같은 원리에 의해 동작한다.4.2 90도 위상 결합 특성포트 1,40.5W의 전력을 가지며 위상차가 90도인 두 개의 신호cos(wt)와 cos(wt-90)를 각각 입력포트 2역위상 결합되어 출력신호가 존재하지 않음포트 3동위상 결합되어 1W의 전력을가지는 신호 cos(wt-180) 출력포트 1~2와 포트 1~3간의 거리는 각각 λ/4와 λ/2이므로 위상지연은 각각 -90도와 -180도가 되어 포트 1에 cos(wt)가 입력되면 포트 2와 3에서는 각각 신호 cos(wt-90)와 cos(wt-180)가 출력된다.그리고 포트 4~2와 4~3간의 거리는 각각 λ/2와 λ/4이므로 위상지연은 각각 -180도와 -90도가 되어 포트 4에 cos(wt-90)가 입력되면 포트 2와 3에서는 각각 신호 cos(wt-270)와 cos(wt-180)가 출력된다.따라서 포트 2에서는 두 개의 역위상 신호 cos(wt-90)와 cos(wt-270)가 출력되어를 가진 두 개의 신호가 입력되는 경우에 대한 전력 결합특성포트 1,4임의의 위상차를 가지는 두 개의 신호 cos(w1t)와 cos(w2t)가 각각 입력포트 2두 개의 신호 cos(w1t-90)와cos(w2t-180)가 출력포트 3두 개의 신호 cos(w1t-180)와cos(w2t-90)가 출력포트 1~2간 거리는 λ/4이며 포트 1~3간 거리는 λ/2이므로 포트 1에 신호가 입력되는 경우 포트 2와 3에서 출력되는 신호의 위상지연은 각각 -90도와 -180도이다. 그리고 포트 4~2간 거리는 λ/2이며 포트 4~3간 거리는 λ/4이므로 포트 4에 신호가 입력되는 경우 포트 2와 3에서 출력되는 신호의 위상지연은 각각 -180도와 -90도이다.이와 같은 브랜치라인 커플러의 위상결합 및 분배특성, 그리고 임의의 위상차를 가지는 두 개의 신호합성특성은 밸런스 믹서 그리고 평형 증폭기에 대한 입출력 신호의 위상분배 및 신호결합에 널리 이용된다.Ⅴ. ADS를 이용한 설계5.1 SCHEMETIC 설계5.2 LAYOUT 설계5.3 결과값① dB 값S21과 S31은 5GHz에서 -3dB의 특성을 가지는 것을 확인할 수 있다, 여기서 -3dB를 가진다는 의미는 2포트와 3포트에서 전력이 1/2로 나뉘게 됨을 뜻하며 앞의 4.1에서 확인하였던 이론이 제대로 적용하였음을 뜻한다.② 위상값여기서 5GHz에서 S21과 S31의 위상을 살펴보면 S21에서 72.053도이고, S31에서 -17.344도임을 확인할 수 있다. 이를 계산하면 89.397도로써 90도의 위상차가 난다는 4.1의 이론 역시 만족됨을 알 수 있다.Ⅵ. 브랜치라인 커플러 제작앞에서 나타낸 것과 같이 ADS 프로그램을 설계한 브랜치라인 커플러를 마이크로스트립을 이용하여 직접 제작하여 보았다. 이러한 커플러 제작을 통하여서 브랜치라인 커플러의 특성을 보다 잘 이해하고, 설계가 원하는 특성대로 잘 이루어졌는데 확인하는데 실험의 목적이 있다. 여기서는 제작하는 과정을 순서에 따라 표현하여 보겠다.6.1 비지오로 그리기위랜치라인 커플러로 동작하게 된다.6.2 에칭 작업사진(1)사진 (2)사진 (3)위의 사진 (1),(2)와 같이 에칭액을 결이 생기거나 먼지가 붙지 않도록 Taconic-RF35 판에 잘 부은 다음 드라이기를 이용하여 잘 말려준다. 그리고 사진 (3)과 같이 공기를 빼주고, 감광기에 넣고 빛을 쬐어 준다. 그 다음 신나에 씻어주면 사진(4)와 같이 원하는 모양이 Taconic-RF35 판 위에 나타나게 된다.사진 (4)사진 (5)그런 다음 Taconic-RF35 판의 뒷면에 기포가 생기지 않도록 테이프를 잘 바른 다음 사진 (5)와 같이 황산에 녹이는 작업을 약 30분 정도 수행한다. 그러면 파란색의 에칭액이 묻어 있는 부분과 뒷면의 테이프가 붙어 있는 부분은 남게 되고, 나머지 부분은 녹게 된다. 그리고 4개의 다리 분에 포트를 붙일 수 있도록 절단기를 이용하여 자르고, 인두기로 납땜을 하여 포트를 붙이면 사진 (6), (7)처럼 5GHz에서의 브랜치라인 커플러가 완성된다.사진 (6)사진 (7)6.3 측정사진 (8)위의 사진 (8)과 같이 네트워크 아날라이저를 이용하여 측정을 한다. 먼저 캘리브레이션 작업을 통해 1~6GHz의 범위를 잡았다. 2, 3번 포트에서의 전력분배를 dB값으로 확인하고, 위상차가 90도가 나는 것도 위상 값을 통하여 확인할 수 있다.Ⅶ. 결과 분석5.125GHz4.9GHz5.05GHz앞의 3개의 S11, S21, S31 그림을 통해 각각의 특성을 알 수 있다. 여기서 5.3의 결과 값을 다시 가져와 보겠다.7.1 S11 분석여기서 S11을 먼저 분석하여 보면 ADS를 이용하였을 때의 결과 값은 5GHz에서는 -27.739dB를 나타내고 실제 제작한 브랜치라인 커플러의 S11은 비록 피크치가 5.125GHz에서 -42.145dB로 나타났지만, 우리가 원하던 5GHz에서는 -26.703dB로 나타나서 비교적 원하는 측정값이 나왔음을 알 수 있다.7.2 S21 분석S21 역시 ADS를 이용하였을 때의 값을 먼저 살펴보도록 한다. 5GHz에서.

공학/기술| 2007.06.03| 8페이지| 1,500원| 조회(957)

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RFID 기술동향

1. RFID의 배경정부는 국내 미래IT시장을 선도하고 향후 글로벌 IT리더 국가로서의 위치를 공고히 하기 위해 신기술 개척을 포괄하는 IT839 전략을 추진하고 있다. IT산업은 이미 우리나라 총 수출액의 30%를 차지하며 우리 산업을 이끄는 핵심 성장 동력으로 자리 잡았다. 이러한 성장 전략의 핵심으로 정보통신부를 주축으로 추진하고 있는 것이 바로 IT839전략이다. 이 전략은 8대 서비스, 3대 인프라, 9대 성장 동력 분야를 포괄하는 것이다.이 중에서 특히 눈길을 끄는 것이 바로 전자태그 (RFID: Radio Frequency IDentification)이다. 이미 여러 분야에서 다양한 용도로 이용되고 있으며 향후 그 활용 가능성만큼이나 해결해야 할 과제도 있는 것이 실정이다. 우리는 여기서 이 RFID를 중심으로 현재 상황과 이용분야, 미래 활용가능 분야 그리고 해결해야 할 숙제들과 해결 방안 등을 폭넓게 살펴보고자 한다.2. RFID 기술 개요전자태그는 자동인식(AIDC) 기술의 한 종류이다. Micro-chip을 내장한 Tag, Label, Card 등에 저장된 데이터를 무선주파수를 이용하여 비접촉으로 읽는 기술로 태그 반도체 칩과 안테나는 이러한 정보를 무선으로 수 미터에서 수십 미터까지 보내며 Reader는 이 신호를 받아 상품 정보를 해독한 후 컴퓨터로 보낸다. 그러므로 태그가 달린 모든 상품은 언제 어디서나 자동적으로 확인 또는 추적이 가능하며 태그는 메모리를 내장하여 정보의 갱신 및 수정이 가능한 것이다.태그는 정보축적과 발신기능을 가지는 매우 작은 칩으로 해당 상품의 세부 정보를 담고 있으며, 고주파(RF) 신호를 받으면 내장된 정보를 전송하는 방식으로서 구조는 크게 세 가지로 구성요소가 조합되어야 제 기능을 발휘한다. 리더(Reader or Interrogator)와 트랜스폰더(일반적으로 Tag라고 함) 및 컴퓨터 혹은 기타 데이터를 가공할 수 있는 장비이다.리더에는 태그를 향하여 전파를 주고받는 전자회로 부분을 가지고 있으며 리더 서는 나중에 송신하기도 한다. 안테나는 전파를 주고받을 수 있는 전자회로 부분과 같이 케이스에 포함되어 있거나 단독으로 분리되어 있는 경우도 있다. 태그에는 IC Chip과 연결된 안테나와 전파동조를 위한 콘덴서가 내장되어 있다. IC Chip의 크기는 최근 0.4mm 크기까지 개발된 상태이다. 전자태그의 태그는 크게 배터리 내장여부와 주파수 대역에 따른 구분으로 나누어질 수 있다.3. RFID의 특성RFID의 태그에 대해 좀 더 살펴보면 RFID 태그는 전원공급의 유무에 따라 전원을 필요로 하는 Active형과 내부나 외부로부터 직접적인 전원의 공급 없이 리더기의 전자기장에 의해 작동되는 Passive형으로 구분된다. Active 타입은 리더기의 필요전력을 줄이고 리더와의 인식거리를 멀리할 수 있다는 장점이 있으나, 전원 공급 장치를 필요로 하기 때문에 작동시간의 제한을 받으며 Passive 형에 비해 고가인 단점이 있다. 반면, Passive 형은 Active 형에 비해 매우 가볍고 가격도 저렴하면서 반영구적으로 사용이 가능하지만, 인식거리가 짧고 리더기에서 더 많은 전력을 소모한다는 단점이 있다.RFID는 태그의 가격 및 성능에 있어 매우 다양한 특성을 가지고 있으며 이에 따라 다양한 분야에서 적용 가능할 것으로 보인다. RFID를 유사매체와 비교해 보면 그 특징을 확연히 알 수 있다. 현재 사용 중인 인식 매체별 인식 기술을 비교해보면 인식방법에서는 RFID는 비접촉식으로 바코드에 비해 인식속도가 빠른 특징을 가지고 있다. 또한, 바코드의 인식거리는 최대 50cm 인데 반해, RFID는 최대 27m까지 확장이 가능하며, 금속을 제외한 장애물의 투과도 가능하다. 인식률에 있어서도 자기카드나 IC카드와 마찬가지로 99.9% 이상으로 높으며, 사용기간 및 데이터 저장 능력 또한 여타 매체에 비해서 탁월하다. 다만, RFID 태그의 가격이 타 인식 매체에 비해 고가이기 때문에 빠른 실용화를 위해서는 가격의 인하가 동반되어야 한다. 또한 RFID는 무선자원을 사주파수 및 기술표준을 이용하는 것이 바람직하며 해외의 RFID관련 동향을 파악하는 것 또한 중요하다.4. RFID의 발전과정RFID의 발전과정을 살펴보면 70년대에는 미사일 탄도 추적을 위하여 개발되었고, 80년대에는 Tag의 크기가 작아지고 가격이 낮아지면서 가축관리, 상품의 유통관리 및 기타 산업 분야에 사용되기 시작하였다. 90년대 들어오면서 고주파(RF)기술 발전에 따라 저가격, 고기술의 Tag가 개발되었고 Card, Label, Coin 등 다양한 형태의 제품이 출현하게 되었다. 2000년대 들어서 무선 인식 기술의 중요성이 부각되면서 다양한 솔루션이 개발되고, 전자화폐, 물류관리, 보안시스템 등의 핵심 기술로 사용되어 발전하고 있다.RFID 기술의 한 종류로 Micro-Chip을 내장한 S-라벨이 있는데, S-라벨이란 최신의 무선기술, 쌍방향 식별기술에 의해 실현한 고성능 IC태그(RFID)로서 기존의 RFID보다 소형, 경량, 무전지 그리고 식별거리가 늘어난 점 등 뛰어난 특징을 가지고 있으며, 유연한 상태이기 때문에 외부환경에 강하고 다양한 어플리케이션 대응이 가능한 비접촉 IC태그이다.※ S-라벨의 사양① One Chip One Antenna의 심플한 라벨의 구조에 의해 소형, 박형, 경량의 저가격 라벨을 실현했다.② 안티베즈기술의 메모리 구조로 반영구적인 정보를 유지한다.③ 고유의 ID번호 및 위조나 수정이 불가능한 메모리 구조에 의해 높은 보안성을 실현했다.④ 복수의 라벨을 동시에 인식이 가능하다.⑤ 2.45GHz(ISM, 마이크로주파)를 사용하며 외래 노이즈의 영향을 받지 않는 정확한 데이터를 실현한다.⑥ 내환경성이 뛰어나고 다양한 어플리케이션으로의 대응이 가능하다.⑦ 배터리가 필요 없으면서도 최대 1.5m부터의 장거리 인식을 실현한다.⑧ Read-Only 타입과 Read-Write 타입 두 가지 종류가 있다.※ S-라벨 솔루션의 특성과 활용분야① 제품특성: 전자 라벨 솔루션은 고주파 방식으로 구동되며 Chip과 안테나로 구성된 라벨이다.할 수 있다. 장기 데이터 저장능력과 초당 30~50개의 데이터를 수용할 수 있다.② 활용분야 : 전자라벨 솔루션의 활용분야는 의류, 서점, 병원 File 및 고객관리가 가능하고 통제시스템, 주차관리, 생산관리, 물품관리, 택배회사 System 등 기존 바코드를 대신하여 활용될 수 있다.5. RFID의 국내 기술 동향우리나라 기술동향은 2003년부터 RFID에 관해 많은 대기업들이 관심을 가지고 있으나 아직은 초기단계에 있다. 유통분야에서 도입이 빨라 시범사업을 하여 성공하였고, 현재 각종 시범사업 및 세미나를 통해서 보급 사업을 추진 중에 있다. 우리나라에 소개된 RFID는 유통분야에서 바코드를 대신할 정도로 급속히 확산되고 있다. AT Kearney사는 RFID를 채용할 경우 유통업체의 재고관리 비용이 1회당 5% 줄어들 것이며, 연간 약 7.5%의 인건비를 절감할 수 있을 것으로 분석하고 있다. 종합적으로 보면 대형 마트 한 개 점포가 RFID 시스템을 도입할 경우 재고 관리, 제품 안내, 물품 관리 및 진열, 계산, 도난 방지 등의 부문에서 25~30% 정도의 비용 절감효과를 누릴 것으로 추산된다.제조업에 RFID 시스템이 도입되면, 부품마다 RFID가 부착, 제조 공정의 전단계를 완벽하게 감시/관리할 수 있게 되어 생산성 향상에 따른 생산비용 절감, 불량률의 획기적인 감소 및 품질 향상 등이 가능해질 것이다. 또한 기업은 필요한 마케팅 정보를 효과적으로 확보할 수도 있다. 유통업체와 협력하여 자사제품의 판매 현황을 실시간으로 파악할 수 있으며, 제품 전시회에서 방문객들에게 RFID 태그가 부착된 방문카드를 나누어 주면 관람객이 많이 몰리는 인기 제품을 바로 알 수 있기 때문이다.의류나 음식물에 RFID 태그가 부착되면 세탁기와 냉장고 등이 지능화된 기능을 수행하게 된다. 의류의 옷감 상태에 대한 정보를 판독, 의류 소재별로 가장 적절한 세탁 방식을 적용해 세탁하게 되며 음식물에 부착된 RFID 태그의 정보를 식별, 냉장고의 적정온도를 스스로 조절하는 응용 범위나 파급 효과는 더욱 커질 것이다. 대표적인 예로 의료 분야를 들 수 있는데, RFID는 병원에서의 효율적인 환자 관리에 크게 기여할 수 있다. 모든 환자는 바코드나 손으로 적은 번호가 새겨진 팔찌 대신 RFID가 부착된 팔찌를 착용한다. 의사나 간호사는 환자의 위치나 현재 상황, 병의 치유 상태에 대한 정보를 원격에서 실시간으로 파악하여 상황에 따라 신속하게 대처할 수 있다. RFID는 이러한 기능을 바탕으로 의료 서비스의 효율성을 높여 줄 뿐 아니라 치명적인 의료사고를 감소시킬 것으로 기대된다.미국에서만 매년 평균 9만 8,000여명의 환자가 의료사고로 숨지고 병원은 의료 사고당 평균 4,700달러의 손실을 입는다고 한다. 또한 독거노인들의 건강상태를 점검하며, 시각 장애인을 위하여 약품용기에 처방정보를 넣은 RFID 태그를 부착해 사용자들이 리더기가 포함된 단말기를 통해 음성으로 약품 정보를 들을 수 있도록 해줄 수도 있다. RFID는 이밖에 금융, 교통, 환경, 소방, 군사, 건설 등에서도 새로운 가치와 효율성을 창출하게 될 것으로 기대된다.우리나라 RFID 시장이 오는 2010년 39억 달러(4조 4,850억원)에 달할 것이라고 예측되고 있다. 한국전자태그협회 (회장 김선배)는 7월 5일 세계적인 컨설팅업체인 가트너 그룹의 조사 결과를 인용해 한국 전자 태그 시장은 2010년에 약 39억 달러, 전 세계적으로는 768억 달러에 달할 것이라고 밝혔다. 또 전자 태그 도입 활성화를 위한 최우선 고려 사항으로는 개인정보보호 문제를 꼽고, 지금부터 5년동안 얼마만큼의 경쟁우위를 확보하느냐가 시장 점유율에 가장 큰 영향을 줄 것이라고 분석하였다. 그동안 RFID와 관련한 기술 개발과 표준화 동향, 적용사례 등에 대한 자료는 많이 소개되었지만, 종합적인 사업방향과 시장전반에 대해 제시되기는 이번이 처음이다. 홍선희 가트너 코리아 대표는 “국내 유수의 업체가 RFID/USN과 관련된 사업 진출을 위한 컨설팅 요청을 하는 경우가 많아지고 있다”라며 “협회

공학/기술| 2007.05.22| 6페이지| 1,500원| 조회(632)

발전, RFID, rf, 전파, 발전동향

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