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체비셰프 필터함수를 이용한 수중 음향 압전 트랜스듀서의 절연형 정합회로 설계
Design of Isolation-Type Matching Network for Underwater Acoustic Piezoelectric Transducer Using Chebyshev Filter Function 원문보기

한국음향학회지= The journal of the acoustical society of Korea, v.28 no.6, 2009년, pp.491 - 498  

이정민 (국방과학연구소) ,  이병화 (국방과학연구소) ,  백광렬 (부산대학교 전자.전기공학부)

초록
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본 논문에서는 수중 음향 압전 트랜스듀서의 고효율, 정전력 구동이 가능하도록 절연 트랜스포머와 체비셰프 필터함수를 이용한 임피던스 정합회로 설계 방안을 제안하였다. 제안된 정합회로는 진동과 무관한 트랜스듀서의 리액턴스 성분을 최소화하고 넓은 동작주파수 범위에서 평탄한 출력 전력 특성을 갖도록 설계되었다. 체비세프 필터함수를 표준 원함수로하는 저역통과 필터를 단종단 제자형 회로로 설계하고 대역통과 주파수변환을 통하여 트랜스듀서의 등가모델과 트랜스포머의 권선비에 적합한 정합회로를 설계하였다. 제안된 기법을 예제 모델 Tonpilz형 압전 트랜스듀서에 대한 가상부하에 적용하고 시뮬레이션과 실험을 통하여 그 결과를 비교함으로써 제안된 기법의 타당성을 검증하였다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

This paper presents the design method of an impedance matching network using an isolation transformer and the Chebyshev filter function for the high efficiency and the flat power driving of an underwater acoustic piezoelectric transducer. The proposed impedance matching network is designed for minim...

주제어

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문제 정의

  • 제안된 방법은 기존의 필터 회로망 함수 설계 기법을 이용하여 체비셰프 필터함수를 표준 원함수 (Proto-type Function)로 하는 저역통과 필터를 단종단 제자형 회로망으로 설계하는 것이다. 그리고 주파수변환을 통하여 트랜스듀서의 BVD (Butterworth Van-Dyke) 등가모델과 트랜스듀서의 권선비에 적합한 대역통과 필터회로로 변환하는 것이다. 이는 트랜스듀서의 출력 전압 증폭과 수중에서의 절연문제를 고려한 floating output 기능 제공이 동시에 가능하고, 정합회로 구성 소자값들이 실현 가능한 범위내에 존재하도록 한다.
  • 본 논문에서 제안하는 정합회로는 동작주파수 범위에서 트랜스듀서의 허수 성분을 보상하여 규정된 편차 범위의 출력 전력을 방사저항에 송출하도록 설계하고자 한다.따라서, 정합회로 설계는 원하는 출력 전력이 방사저항 R1에 전달되도록 하는 대역통과 필터 설계 문제로 간주할 수 있다.
  • 본 논문에서는 관심주파수 대역에서 압전 트랜스듀서의 고효율, 정전력 구동을 위한 임피던스 정합회로 설계 방안을 제안하였다. 제안된 방법은 기존의 필터 회로망 함수 설계 기법을 이용하여 체비셰프 필터함수를 표준 원함수로 하는 저 역통과 필터를 설계하고 주파수변환을 통하여 트랜스듀서의 등가모델과 트랜스포머의 권선비에 적합한 대역통과 필터회로로 변환하는 것이다.
  • 본 논문에서는 관심주파수 대역에서 압전 트랜스듀서의 고효율, 정전력 구동을 위한 임피던스 정합회로 설계 방안을 제안하였다. 제안된 방법은 기존의 필터 회로망 함수 설계 기법을 이용하여 체비셰프 필터함수를 표준 원함수로 하는 저 역통과 필터를 설계하고 주파수변환을 통하여 트랜스듀서의 등가모델과 트랜스포머의 권선비에 적합한 대역통과 필터회로로 변환하는 것이다.
  • 본 논문에서는 비교적 넓은 동작주파수 영역에서 압전 트랜스듀서의 리액턴스 성분을 보상하여 무효 전력 성분을 감소시키고 동시에 구동 줄력 전력 편차도 최소화할 수 있는 임피던스 정합회로 설계 방안을 제안하였다. 제안된 방법은 기존의 필터 회로망 함수 설계 기법을 이용하여 체비셰프 필터함수를 표준 원함수 (Proto-type Function)로 하는 저역통과 필터를 단종단 제자형 회로망으로 설계하는 것이다.
  • 본 논문에서는 비교적 넓은 동작주파수 영역에서 압전 트랜스듀서의 리액턴스 성분을 보상하여 무효 전력 성분을 감소시키고 동시에 구동 줄력 전력 편차도 최소화할 수 있는 임피던스 정합회로 설계 방안을 제안하였다. 제안된 방법은 기존의 필터 회로망 함수 설계 기법을 이용하여 체비셰프 필터함수를 표준 원함수 (Proto-type Function)로 하는 저역통과 필터를 단종단 제자형 회로망으로 설계하는 것이다.
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참고문헌 (12)

  1. D.Stansfield, Underwater Electroacoustic Transducers, Bath, UK: Bath University Press, 1990 

  2. 이정민, 서희선, "동조화 기법을 이용한 Tonpilz형 저주파 트랜스듀서의 임피던스 정합회로 설계," 국방과학연구소, 기술보고서, NSDC-517-061577, 2008 

  3. R. M. Fano, “Theoretical limitations on the broad-band matching of arbitrary impedance,” J. Franklin Inst., vol. 249, no. 1-2, pp. 57-83, 1950 

  4. W. K. Chen, "Explicit formulas for the synthesis of optimum broad-band impedance-matching networks," IEEE Trans. Circuits Syst., vol. CAS-24, no. 4, pp. 157-169, 1977 

  5. H. J. Carlin and B. S. Yarman, "The double matching pro-blem:analytic and real frequency solutions," IEEE Trans. Circuits Syst,, vol. CAS-30, no. 1, pp. 15-28, 1983 

  6. E. H. Newman, "Real frequency wide-band impedance matching with nonminimum reactance equalizers," IEEE Trans. on Antennas Propagat., vol. 53, no. 11, pp. 3597-3603, 2005 

  7. B. K. Chung, "Q-based design method for T network im-pedance matching," Microelectronics Journal 37, no. 9 pp. 1007-1011, 2006 

  8. Y. K. Su, H. S. Hou and S. J. Chang, “Practical impedance matching using genetic programming,” Mcrowave Opt. Technol. Lett, vol. 48, no. 2, pp. 375-377, 2006 

  9. 이정민, 이병화, 백광렬, "미립자 집단 최적화 알고리즘을 이용한 다중모드 수중 음향 압전 트랜스듀서의 등가회로 모델링," 한국음향학회지, 28권, 4호, 363-369쪽, 2009 

  10. Y. C. Chen, S. Wu and C. C. Tsai, "Lump circuit modeling and matching consideration on acoustical transmitterss for underwater application," Journal of Marine Science and Te-chnology, vol. 12, no. 3, pp. 152-158, 2004 

  11. Y. C. Chen, Sean Wu and P. C. Chen, “The impedance matching design and simulation on high power electro-acoustical transducers,” Sensor and Actuators A Physical, vol. 115, no. 1, pp. 38-45, 2004 

  12. 이정민, 이병화, 백광렬, "소나 송신기의 정합회로 설계를 위한 수중 음향 압전 트랜스듀서의 등가회로 파라미터 추정," 한국군사과학기술학회지, 12권, 3호, 282-289쪽, 2009 

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