이 논문은 고온 동시 소성 세라믹(High-Temperature Co-fired Ceramic, HTCC) 기반의 Quad Flat No-lead(QFN) 패키지 설계 및 제작을 제시하며, 이는 고주파 성능을 향상시키도록 한다. 기생 정전용량의 영향을 완화하기 위해 공기 공동(air cavities)을 통합함으로써 $S_{11}$ 및 $S_{21}$ 파라미터에서 상당한 개선을 달성하였다. 등가 회로 모델을 이용한 회로 해석 및 3차원 전자기(3D EM) 시뮬레이션은 현저한 향상을 보여주었고, 이는 측정 결과로 검증되었다. 공기 공동의 통합은 측정된 주파수 범위 전반에 걸쳐 평균 $S_{11}$ 개선이 10 dB를 초과하는 향상과 더불어 $S_{21}$에서 0.3 dB의 향상을 함께 이끌었다. 이러한 결과는 제안된 설계가 DC부터 V-밴드의 일부 구간까지의 광대역 성능 향상을 달성하는 데 효과적임을 입증한다.

다중 수신기 마이크로파 전력전송(MPT)에 대한 수요가 증가함에 따라, 전송 효율과 수신 전력을 모두 향상시키기 위한 연구가 활발히 진행되고 있다. 이를 위해서는 다수의 에너지 수신기(ER)에서의 전력 변환 효율(PCE)과 에너지 송신기(ET)의 출력 전력 능력을 함께 고려해야 한다. 본 논문은 평면 배열 안테나에서 다방향 다중신(멀티시네) 파형을 이용하는 MPT용 다중톤 신호 설계를 제안하며, 이 설계는 ER에서 높은 첨두대평균전력비(PAPR)를 유지하는 동시에, 에벨롭(envelope) 형상화와 위상 오프셋 최적화를 통해 ET에서 PAPR을 감소시킨다. 16채널 디지털 빔포밍 시스템을 사용한 시뮬레이션 및 실험 결과는, 제안된 방법이 ER 측 PCE와 ET 측 전력 능력 모두를 향상시킴을 확인하였다. 3방향 MPT 시나리오에서, 제안된 방법은 2톤 신호를 사용하여 기존의 연속파(CW) 전송에 비해 중앙 ET 요소에서 평균 PAPR을 0.55 dB 감소시켰으며, 그 결과 430 및 $680\Omega$ 부하 조건에서 ER 측 PCE가 각각 4.0 및 5.6 퍼센트포인트 향상되었다. 4톤 신호의 경우에는 PAPR을 CW와 유사하게 유지하면서, 동일한 부하 조건에서 PCE가 3.4 및 8.4 포인트 개선되었다. 또한 높은 송신 전력에서 비선형 왜곡이 감소함을 보였으며, 송신 및 수신 양측에서 시스템 성능을 향상시킨다.

이 연구는 RF 플라즈마 소스 응용을 위한 조화(하모닉) 튜닝 도허티 전력 증폭기(DPA)를 설계하는 새로운 접근법을 제시한다. 본 접근은 내부 정합(internally matched)된 패키지 트랜지스터를 활용하며, $0.4\mu \mathrm{m}350-\mathrm{W}$ GaN HEMT를 사용한다. 제안된 DPA는 병렬 스텁 기반 하모닉 제어(parallel stub-based harmonic control)와 소형 커패시터 기반 후정합 네트워크(PMN, post-matching network)를 포함하여, 기본 임피던스에 영향을 주지 않으면서 백오프(back-off) 효율을 향상시킨다. 이 혁신적 결합 구조를 사용하여 대출력 DPA를 제작하였고, 대칭적인 350-W GaN HEMT 트랜지스터를 구성으로 포함하였다. 측정된 최대 드레인 효율은 70.2-70.8% 범위였으며, 최대 출력 전력은 58.06-58.14 dBm, 6-dB 출력 백오프(OBO) 효율은 2.4-2.5 GHz 주파수 범위에서 52-65.5%였다.

본 연구에서는 이동하는 수신기를 추적하기 위한 실시간 빔 스캐닝 알고리즘을 포함하는 마이크로파 전력 전달을 위한 디지털 빔포밍 시스템을 제안한다. 스캐닝을 수행하기 위해, 송신기의 각 채널은 프레임 구조에서의 파일럿 슬롯(pilot slots)에 기반하여 할당된 빔 방향에 대응하는 베이스밴드 신호를 생성하고 이를 변환한다. 알고리즘에는 무선 환경에서 스캐닝 기간의 각 단위 간 시간 동기화를 유지하기 위한 초기 타이머 리셋 과정과 프리앰블(preamble)이 포함된다. 평균 수신 전력을 시뮬레이션하고, 프레임 내 에너지 전송 슬롯의 비율을 고려하여 최적 프레임 구성을 도출한다. 실험 검증을 위해 5.8 GHz에서 동작하는 4 × 4 디지털 빔포밍 시스템과 수신기를 설계한다. 스캐닝 성능은 다양한 수의 스캐닝 빔과 수신기의 배치 조건에서 실험적으로 검증된다. 또한, RF 전력 16 W를 방사하고 수신기가 1 m 거리에서 이동하는 시나리오에서 1초 주기의 빔 스캐닝을 수행할 때, 모든 구간에서 100 mW 이상의 RF 전력이 수신된다. 제안된 실시간 빔 스캐닝 알고리즘을 갖춘 마이크로파 전력 전달 시스템은 무선 환경에서 이동하는 수신기를 추적하면서 최적의 마이크로파 전력 전달을 수행함이 검증되었다.

이 논문은 고온 동시 소성 세라믹(High-Temperature Co-fired Ceramic, HTCC) 기반의 Quad Flat No-lead(QFN) 패키지 설계 및 제작을 제시하며, 이는 고주파 성능을 향상시키도록 한다. 기생 정전용량의 영향을 완화하기 위해 공기 공동(air cavities)을 통합함으로써 $S_{11}$ 및 $S_{21}$ 파라미터에서 상당한 개선을 달성하였다. 등가 회로 모델을 이용한 회로 해석 및 3차원 전자기(3D EM) 시뮬레이션은 현저한 향상을 보여주었고, 이는 측정 결과로 검증되었다. 공기 공동의 통합은 측정된 주파수 범위 전반에 걸쳐 평균 $S_{11}$ 개선이 10 dB를 초과하는 향상과 더불어 $S_{21}$에서 0.3 dB의 향상을 함께 이끌었다. 이러한 결과는 제안된 설계가 DC부터 V-밴드의 일부 구간까지의 광대역 성능 향상을 달성하는 데 효과적임을 입증한다.

다중 수신기 마이크로파 전력전송(MPT)에 대한 수요가 증가함에 따라, 전송 효율과 수신 전력을 모두 향상시키기 위한 연구가 활발히 진행되고 있다. 이를 위해서는 다수의 에너지 수신기(ER)에서의 전력 변환 효율(PCE)과 에너지 송신기(ET)의 출력 전력 능력을 함께 고려해야 한다. 본 논문은 평면 배열 안테나에서 다방향 다중신(멀티시네) 파형을 이용하는 MPT용 다중톤 신호 설계를 제안하며, 이 설계는 ER에서 높은 첨두대평균전력비(PAPR)를 유지하는 동시에, 에벨롭(envelope) 형상화와 위상 오프셋 최적화를 통해 ET에서 PAPR을 감소시킨다. 16채널 디지털 빔포밍 시스템을 사용한 시뮬레이션 및 실험 결과는, 제안된 방법이 ER 측 PCE와 ET 측 전력 능력 모두를 향상시킴을 확인하였다. 3방향 MPT 시나리오에서, 제안된 방법은 2톤 신호를 사용하여 기존의 연속파(CW) 전송에 비해 중앙 ET 요소에서 평균 PAPR을 0.55 dB 감소시켰으며, 그 결과 430 및 $680\Omega$ 부하 조건에서 ER 측 PCE가 각각 4.0 및 5.6 퍼센트포인트 향상되었다. 4톤 신호의 경우에는 PAPR을 CW와 유사하게 유지하면서, 동일한 부하 조건에서 PCE가 3.4 및 8.4 포인트 개선되었다. 또한 높은 송신 전력에서 비선형 왜곡이 감소함을 보였으며, 송신 및 수신 양측에서 시스템 성능을 향상시킨다.

이 연구는 RF 플라즈마 소스 응용을 위한 조화(하모닉) 튜닝 도허티 전력 증폭기(DPA)를 설계하는 새로운 접근법을 제시한다. 본 접근은 내부 정합(internally matched)된 패키지 트랜지스터를 활용하며, $0.4\mu \mathrm{m}350-\mathrm{W}$ GaN HEMT를 사용한다. 제안된 DPA는 병렬 스텁 기반 하모닉 제어(parallel stub-based harmonic control)와 소형 커패시터 기반 후정합 네트워크(PMN, post-matching network)를 포함하여, 기본 임피던스에 영향을 주지 않으면서 백오프(back-off) 효율을 향상시킨다. 이 혁신적 결합 구조를 사용하여 대출력 DPA를 제작하였고, 대칭적인 350-W GaN HEMT 트랜지스터를 구성으로 포함하였다. 측정된 최대 드레인 효율은 70.2-70.8% 범위였으며, 최대 출력 전력은 58.06-58.14 dBm, 6-dB 출력 백오프(OBO) 효율은 2.4-2.5 GHz 주파수 범위에서 52-65.5%였다.

본 연구에서는 이동하는 수신기를 추적하기 위한 실시간 빔 스캐닝 알고리즘을 포함하는 마이크로파 전력 전달을 위한 디지털 빔포밍 시스템을 제안한다. 스캐닝을 수행하기 위해, 송신기의 각 채널은 프레임 구조에서의 파일럿 슬롯(pilot slots)에 기반하여 할당된 빔 방향에 대응하는 베이스밴드 신호를 생성하고 이를 변환한다. 알고리즘에는 무선 환경에서 스캐닝 기간의 각 단위 간 시간 동기화를 유지하기 위한 초기 타이머 리셋 과정과 프리앰블(preamble)이 포함된다. 평균 수신 전력을 시뮬레이션하고, 프레임 내 에너지 전송 슬롯의 비율을 고려하여 최적 프레임 구성을 도출한다. 실험 검증을 위해 5.8 GHz에서 동작하는 4 × 4 디지털 빔포밍 시스템과 수신기를 설계한다. 스캐닝 성능은 다양한 수의 스캐닝 빔과 수신기의 배치 조건에서 실험적으로 검증된다. 또한, RF 전력 16 W를 방사하고 수신기가 1 m 거리에서 이동하는 시나리오에서 1초 주기의 빔 스캐닝을 수행할 때, 모든 구간에서 100 mW 이상의 RF 전력이 수신된다. 제안된 실시간 빔 스캐닝 알고리즘을 갖춘 마이크로파 전력 전달 시스템은 무선 환경에서 이동하는 수신기를 추적하면서 최적의 마이크로파 전력 전달을 수행함이 검증되었다.

본 논문은 2차원 평면 배열 안테나(PAA)를 이용한 마이크로파 전력 전송(MPT)에서 테이퍼된 진폭 분포를 사용하는 부엽 억압(sidelobe suppression) 빔포밍 기법을 제안한다. 부엽으로 인해 발생하는 바람직하지 않은 영향을 극복하기 위해, PAA의 진폭 분포를 조작함으로써 부엽의 크기를 낮출 수 있다. PAA의 배열 인자(array factor)를 분석하여, 진폭 분포를 두 개의 1차원 벡터의 곱으로 표현하였다. 또한 기대 부엽 준위(SLL)로부터 이들 벡터를 얻기 위한 방법을 개발하였다. 기대 SLL에 대해 다른 분포보다 더 높은 지향성을 갖는 Chebyshev 테이퍼를 진폭 분포에 사용하였다. 제안한 방법을 검증하기 위해, 5.8 GHz에서 4 × 4 송신기(Tx) 배열과 수신기(Rx)를 갖는 디지털 빔포밍 시스템을 설계하고 구현하였다. 균일 진폭 분포와 비교하면, 제안된 방법은 SLL을 7.5 dB 감소시켰으나 수신 RF 전력은 0.6 dB만 감소시켰다. 제안된 MPT 시스템의 성능을 기존 연구의 결과와 비교하였다.

본 논문은 원자력발전소에서 MCR 도어의 개방 구성에 따라 누출된 전기장 세기(electric field strength)를 시뮬레이션한 결과를 제시한다. EPRI TR-102323 Rev. 4에 명시된 전자기 안전 기준을 초과하는 임계값들을 도출하였다. 본 시뮬레이션은 Hitachi가 IAEA에 보고한 콘크리트 벽을 포함하는 MCR 도어 모델에 대해, 유한차분시간영역(finite difference time domain, FDTD) 방법을 기반으로 한 EMC plus 도구를 사용하여 전자기 누출 특성을 분석하였다. EPRI TR-102323 Rev. 4에 근거한 결과에 따르면 스윙형 도어는 980 MHz에서 9.1°, 2.4 GHz에서 5.7°의 개방각에서 전자기 안전 기준이 초과되었다. 슬라이딩형 도어의 경우에는 980 MHz에서 33 mm, 2.4 GHz에서 19 mm의 개방 거리에서 기준이 초과되었다.

본 논문은 넓은 각도의 수신을 위해 다수의 정류 회로를 결합한 사다리꼴 구성의 수신 어레이 안테나를 제안한다. 제안된 수신 안테나 시스템은 5.8 GHz에서 동작하는 3개의 안테나 소자와 동일한 수의 정류 회로로 구성된다. 미스얼라인먼트로 인해 발생하는 전력 전달 효율 저하를 해결하기 위해, 수신 어레이 안테나는 사다리꼴 구성으로 설계되었으며, 각 안테나에는 준-공기 기판(quasi-air substrate)을 적용하여 요구되는 빔폭을 만족하면서 높은 이득을 달성하고자 하였다. 이 시스템의 모든 안테나 소자에서 측정된 반사 계수는 -10 dB 미만이며, 시스템의 전체 빔 커버리지는 205°이다. 수신 시스템의 전력 측정은 빔 커버리지 내에서 5° 간격으로 수행되었고, 그 결과 제안된 수신 안테나 시스템을 통해 빔 커버리지 내에서 전력이 신뢰성 있게 수신됨을 보여주었다.

본 연구는 원자력 발전소 주 제어실과 같이 안전이 중요한 지역에서 전계 강도를 예측하기 위하여 CNN(convolutional neural networks)을 활용하는 방법을 제안한다. CNN 모델은 주어진 공간에 대하여 RT(ray tracing)시뮬레이터 측정을 통하여 획득한 전계분포를 학습한 후 새로운 조건에 대한 전계값을 효과적으로 예측할 수 있다. 제안하는 기법의 유효성을 검증하기 위해 원전 주 제어실 환경에서 송신안테나의 위치를 변경하며, CNN 모델로부터 예측한 전계값과 RT 시뮬레이터의 결과를 비교하여 평균 오차율이 5 % 이하임을 확인하였다. 제안하는 CNN 기법은 원자력 발전소와 같은 환경에서 효율적이고 유효한 전계 예측 방법으로 활용될 수 있을 것이다.

본 논문에서는 해상 파도 모니터링 RADAR 시스템을 위한 슬로티드 도파관 배열 안테나의 고이득 구현 설계와, 격자 캐비티를 결합한 설계를 제안하였다. 복사 안테나에 적용된 격자 캐비티는 부엽(사이드로브) 레벨을 억제하고 안테나 이득을 증가시키는 역할을 한다. 측정 결과, -10 dB 반사계수 기준으로 2.8% 이상의 대역폭이 관찰되었다. 격자 캐비티로 인해 첫 번째 부엽 레벨은 약 2 dB 개선되었다. 제안된 안테나 이득은 측정에서 약 30.5 dBi로 관찰되었으며, 격자 캐비티가 없는 슬로티드 도파관 배열 안테나에 비해 1 dBi 향상되었다.