RF 전력 증폭기의 효율 및 선형성 개선에 관한 연구

Docto

A Novel Digital Feedback Predistortion Technique with Memory

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A study on the estimation of blood glucose level in the human body through diffuse reflectance spectroscopy using visible-near infrared band

학위논문(박사) - 한국과학기술원 : 기계공학과, 2023.8,[v, 112 p. :]MAD)가 최소화되는 조건으로 데이터 경계를 형성하였으며, 회귀 분석 모델의 선정은 구간 별 혈당치에 따른 에러의 총합이 최소인 모델로 선정하였다. 분류-회귀의 하이브리드 모델을 통해 최종적으로 도출된 RMSE는 15.46mg/dL로 기존 26.31mg/dL 대비 약 41% 향상된 정확도를 보였다. 본 연구에서 제시된 혈당 측정 방식의 임상실험적 평가는 클라크 에러 그리드(Clarke error grid)에 의하여 평가되었으며, 혈당 판독 데이터 중 100%가 A 영역 내에 위치하여 센서로서의 활용이 가능함을 확인하였다.RMSE)와 0.87의 결정계수로 가장 높은 정확도를 가졌다. 또한 글루코오스의 농도에 따라 흡광에 영향을 미치는 다른 요소들과의 비율이 변화하기에, 특정 농도 구간에 대한 맞춤형 회귀 분석 모델을 적용하는 방식으로 포도당의 추정 정확도를 향상시켰다. 해당 방법은, 같은 특성을 가지는 데이터를 나눈 후, 각 데이터 집합에 개별적인 회귀 모델을 적용하는 방식으로 포도당을 추정하는 방식이다. 분류된 데이터의 평균 절대 거리(Mean absolute deviationANN), 그리고 분류와 회귀 분석이 복합적으로 적용된 하이브리드 모델과 같은 회귀 분석법을 활용하여 혈당을 추정한다. 그 이후, 실제 채혈을 통해 측정된 혈당치와 비교하여 각 모델들의 정확도를 분석한다. 본 논문에서는 눈꺼풀 위에서부터 DRS 프로브의 접촉을 통해 얻어낸 눈의 스팩트럼으로부터 다양한 회귀 분석 모델을 통해 추정된 혈당의 값이 피부로부터 추정된 값에 비해 더 정확함을 보였다. 흡수율의 추정은 Kubelka-munk 이론으로부터 도출된 재방출 함수에 의거하여 도출되었다. 분석 파장의 경우, 긴 파장대역을 이용한 분석은 개인마다 다른 혈액 및 조직 성분과 관련된 노이즈를 제거하는 데 매우 유용하지만, 너무 짧은 파장은 물의 흡수 피크를 찾기 어려우며 너무 긴 파장대역은 피부층을 통과하는 깊이가 너무 짧아진다는 단점이 존재한다. 여기에 더하여 가장 큰 신호가 나타나는 물의 흡수피크(970nm), 지방의 -CH 결합기와 물의 -OH 결합기의 흡수가 동시에 나타나는 840nm, 글루코오스를 특정할 수 있는 910nm, 920nm, 960nm의 –CH 결합기와 930nm의 -CH2 결합기의 흡수 피크 등 혈당을 나타낼 수 있는 다양한 지표들을 통합적으로 고려해야 하기에, 본 논문에서는 넓은 파장대역에서의 다파장 회귀 분석을 통하여 눈의 DRS를 통한 포도당의 농도를 추정하였다. DRS 데이터는 475nm에서 1145nm 사이 파장대역에서의 흡수율을 0.216nm의 분해능으로 확보하였으며, 이 중 600~1000nm사이의 신호를 이용한 선형 회귀 분석 결과를 토대로 눈 모델과 피부 모델의 비교를 먼저 수행하였다. 결과적으로, 0~400mg/dL의 포도당 수용액을 이용한 실험에서 눈의 실험모델에서 도출된 결정계수(R2)가 0.96로 피부의 실험모델에서의 수치인 0.87보다 높음을 확인하였다. 실제 채혈을 통해 측정된 혈당치를 토대로 눈과 피부의 실제 데이터를 주성분 선형 회귀법으로 비교해본 결과, 60개의 주성분에서 눈의 결정계수가 0.84이고 피부의 결정계수가 0.67로 도출되어 기존의 피부보다 눈으로부터의 신호가 포도당을 추론하기에 더 유리한 신호임을 보였다. 위 결과를 토대로, 눈에서의 DRS 신호에 대하여 기존에 수행한 PCR에 더해 SVM, 그리고 ANN을 통해 혈당 추정치를 회귀분석하여 도출하였을 때, SVM 모델이 26.31mg/dL의 평균 제곱근 오차(Root Mean Squared ErrorSVM), 인공신경망(Artificial Neural NetworkPCR)과 비선형 회귀 분석인 서포트 벡터 머신(Support Vector MachineDRS)은 측정 요소에 의해 산란된 빛을 측정하는 방식으로, 인체의 어느 부위라도 측정이 가능한 방법이다. 특히 눈과 같은 신체 부위는 물의 비중이 극단적으로 높기 때문에, 혈당의 농도를 판별할 수 있는 물의 흡수 피크 신호를 얻기에 유리하다. 라만이나 광 간섭 단층 촬영과 같은 방법으로도 눈으로부터 혈당에 관한 신호를 얻을 수 있지만, 눈에 직접 광을 조사하여야 하기에 시력 손상이나 실명과 같이 눈의 손상을 초래할 위험이 매우 높다. 또한 해당 방법들은 측정되는 신호의 세기가 매우 작기에, 외부 요인에 대한 에러나 장비의 노이즈 등에 크게 결과가 좌우되어 통제된 환경이 아닌 곳에서의 적용이 매우 어렵다. 반면에 DRS는 눈꺼풀 위에서의 접촉을 통한 측정을 통해 외부 요인 및 정반사로 인한 에러를 크게 감소시킬 수 있으며, 비교적 큰 측정 신호를 토대로 일반적인 환경에서의 적용이 가능한 방법이다. 피부에도 동일하게 DRS를 적용할 수 있지만, 표면하 산란 효과와 같이 빛의 산란이 크게 작용하여 원하는 부위에서의 흡수가 이루어지지 않은 채 재방출이 되는 문제가 존재한다. 결론적으로, 높게 측정되는 신호와 안전한 측정, 낮은 외부 요인의 영향, 낮은 산란으로 인한 광경로 설계의 용이성, 그리고 물질의 순수도가 높은 부위에 분광을 적용할 수 있다는 장점 때문에 본 논문에서는 DRS를 활용하여 눈으로부터의 혈당 신호를 측정하였다. 혈당의 농도를 도출하는 과정은 크게 3가지 과정으로 나뉘며, 1) DRS 시스템의 구성, 2) 기존 방식인 피부로부터의 신호와 눈으로부터의 신호를 각각 모델과 실제로부터의 DRS 측정을 통해 비교, 3) 각 데이터의 회귀 분석을 통한 혈당치 추정으로 구성된다. 첫 번째 과정으로, 원하는 부위에서의 DRS신호를 측정할 수 있는 시스템을 구성한다. 분광기와 프로브, 램프로 구성된 시스템을 구축하고 측정 부위와 프로브의 접촉을 통해 DRS 신호를 측정한다. 두 번째로, 눈에서의 DRS값과 피부로부터의 값을 비교한다. 실제 경우로 비교하기에 앞서, 먼저 실리콘 덮개과 글루코오스 수용액, 그리고 실리카겔로 이루어진 눈과 피부의 모델을 통해 DRS 신호의 차이 및 문제점을 먼저 보이며, 이후로 실제 눈과 피부의 측정치를 비교한다. 세 번째로, 선형 회귀 분석인 주성분 회귀 모델(Principle components regression2019년에 집계된 자료에 따르면, 전 세계적으로 4억 6천3백만명 이상의 사람들이 당뇨병을 가지고 있으며 2030년에는 그 수가 6억 4천3백만명으로 예상될 정도로, 당뇨병은 많은 사람들에게 영향을 미치는 심각한 보건 문제이다. 당뇨병을 가진 채로 혈당이 관리되지 않는다면 심장병, 신장병, 뇌졸중, 시력 상실 및 신경계의 손상이 유발될 수 있다. 현재 혈당을 관리하기 위하여 침습형 방식의 혈당 측정이 주를 이루고 있지만, 상처 부위의 감염과 칩습의 고통으로 인하여 환자의 삶의 질을 크게 저해하고 있다. 이를 해결하기 위하여 비침습형 포도당 모니터링 방식이 활발히 연구가 되고 있다. 특히 광학적 방법의 경우, 즉시 측정할 수 있다는 장점으로 인해 주목을 받고 있다. 일반적인 광학적 비침습형 혈당 측정 연구의 경우, Beer-Lambert 법칙에 근거하여 투과된 빛의 세기를 통해 혈당치를 추론하고 있다. 이 추론법은, 혈당의 증가로 인한 혈액의 농도 변화를 광 흡수율의 변화로 추론하는 방법이다. 하지만 이 방법은 빛이 인체를 투과했을 시의 신호를 검출해야 하기에, 특정 신체 부위에서만 측정이 가능하다는 단점이 존재한다. 현재 손가락이나 귓볼과 같이 투과가 가능한 부위는 혈당 이외에도 빛의 흡수율에 영향을 끼치는 요소들이 많은 부위이므로, 혈당만의 신호를 도출하기 어렵다는 단점이 있다. 선택성이 높은 방식과의 하이브리드형 측정이 산업적으로 활용되고 있지만, 실제 측정 결과를 활용하기에는 민감도 및 안정성이 부족하여 각 측정 요소 별 성능적인 개선이 필요한 상황이다. 확산 반사 분광법(Diffuse Reflectance Spectroscopy한국과학기술원 :기계공학과

Effect of EGR and Supercharging on the Diesel HCCI Combustion

Homogeneous charge compression ignition(HCCI) combustion is an advanced technique for reducing the hazardous nitrogen oxide(NOx) and particulate matter(PM) in a diesel engine. NOx could be reduced by achieving lean homogeneous mixture resulting in combustion temperature. PM could be also reduced by eliminating fuel-rich zones which exist in conventional diesel combustion. However previous researches have reported that power-output of HCCI engine is limited by the high intensive knock and misfiring. In an attempt to extend the upper load limit for HCCI operation, supercharging in combination with Exhaust Gas Recirculation(EGR) has been applied: supercharging to increase the power density and EGR to control the combustion phase. The test was performed in a single cylinder engine operated at 1200 rpm. Boost pressures of 1.1 and 1.2 bar were applied. High EGR rates up to 45% were supplied. Most of fuel was injected at early timing to make homogeneous mixture. Small amount of fuel injection was followed near TDC to assist ignition. Results showed increasing boost pressure resulted in much higher power-output. Optimal EGR rate influenced by longer ignition delay and charge dilution simultaneously was observed.본 연구는 현대자동차 및 미래형 자동차기술개발 사업단의 연구비지원에 의해 수행된 결과입니다

Effect of Combustion Bowl Shape on Performance and Emissions in light Duty Diesel Engine

The main objective of this study is to investigate the effect of aspect ratio of combustion bowl. The aspect ratio is defined as the ratio of a torus diameter to a depth. In order to understand the effect of the aspect ratio on engine performance and emissions, four piston bowls with different aspect ratios were tested. The experiments were carried out on a single cylinder direct injection diesel engine equipped with a high pressure common-rail injection system. Engine power output, emissions and cylinder pressure were obtained and analyzed. Tests were performed at various injection timings with 7-hole injector under medium load and speed conditions. Also, different protrusions and injection angles of injectors were tested. Optimized aspect ratio of combustion bowl, injector prutrusion and injection angle was sought to reduce the particulate emission and to improve the power output

Effect of EGR and supercharging on achieving wide range of Diesel HCCI operation

Homogeneous charge compression ignition(HCCI) combustion is an advanced technique for reducing the hazardous nitrogen oxide(NOx) and particulate matter(PM) in a diesel engine. NOx could be reduced by achieving lean homogeneous mixture resulting in combustion temperature. PM could be also reduced by eliminating fuel-rich zones which exist in conventional diesel combustion. However previous researches have reported that power-output of HCCI engine is limited by the high intensive knock and misfiring. In an attempt to extend the upper load limit for HCCI operation, supercharging in combination with Exhaust Gas Recirculation (EGR) has been applied: supercharging to increase the power density and EGR to control the combustion phase. The test was performed in a single cylinder engine operated at 1200 rpm. Boost pressures of 1.1 and 1.2 bar were applied. High EGR rates up to 45% were supplied. Most of fuel was injected at early timing to make homogeneous mixture. Small amount of fuel injection was followed near TDC to assist ignition. Results showed increasing boost pressure. Optimal EGR rate influenced by longer ignition delay and charge dilution simultaneously was observed.본 연구는 현대자동차 및 미래형 자동차기술개발 사업단의 연구비지원에 의해 수행된 결과입니다

IEEE 802.16E MOBILE WIMAX용 고효율 고출력 하이브리드 포락선 제거 및 복원 전력 송신기

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The Combined Effect of Multi-hole Injector with Pilot injection and EGR in a HSDI Dieiel Engine

The effect of multi-hole injector, EGR and pilot injection is studied on the purpose of reducing the particulate matter (PM) and nitrogen oxides (NOx) emissions in a high speed direct-injection (!-ISOI) diesel engine. Multi-hole injector could lead faster atomization and vaporization due to the small hole-diameter. It increases the portion of the premixed combustion, which results in low PM emission. Adversely, NOx emission increases due to the rise of the combustion temperature with enhancement of the air-fuel mixing. EGR could be applied to resolve this problem. In addition, pilot injection could compensate power output and assist NOx reduction. The main objective of this study is to investigate the effects of the combined use ofEGR and optimized pilot injections with multi-hole injector on combustion and emissions. The study was carried out in a single-cylinder optical direct-injection (01) diesel engine equipped with a high pressure commonrail fuel injection system Tests were performed at fixed engine speed (800 rpm) with variations of the EGR rate and the il*ction pressure. Two different injectors with 5 and 14 holes were tested. EGR rate was applied trom a % to 50 %, and pilot injection test was perfom1ed under the same condition. The experimental results showed that 14-hole injector achieved better combustion performance, while it increased NOx emission at 60 MPa injection pressure. EGR reduced NOx emission by 80-90 % without a significant increase in PM emission. The reduction of flame lun1inosity through the visualized combustion explained these phenomena. The optimized use of multihole injector, EGR and pilot injection showed the in1proved power output and the reduced NOx and PM emissions.본 연구는 국가지정연구실 (NRL) 사업의 연구비 지원에 의해 수행된 결과입니다

ENVELOPE TRACKING 도허티 전력 증폭기의 GATE-BIAS CONTROL TECHNIQUE

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The study of antibody target protein sensor using junction binder of plasmonic welded net structure CNT above graphene

학위논문(석사) - 한국과학기술원 : 기계공학과, 2016.2 ,[v, 59 p. :]사람의 몸은 항상 질병에 반응한다. 감기에 걸렸을 때, 우리의 몸은 항원의 제거를 위해 항체를 만들어내어 항원과 결합시켜 이를 제거한다. 반대로 생각하면, 우리가 특별한 항원과 반응하는 반응기를 미리 준비했을 시, 바인더가 항원과의 결합으로 인해 기판에 결합신호를 보내게 된다. 항체의 경우, 특별한 항원만 반응할 수 있다. 따라서 다른 단백질이나 분자들은 항체와 반응하는 것이 불가능한데, 이는 항체의 선택적 결합적 특성때문에 그러하다. 여기에 더하여 항체의 특성상, 바이오센서를 만들었을 때 높은 선택적 결합성과 결합시 전기적 신호의 변화를 크게 보이며 I-V 곡선의 변화 또한 크게 보이는 성질이 있다. 또한 이 신호를 향상시키기 위해 사람들은 높은 전기적 특성을 가진 그래핀을 사용한다. 그러나 항체와 그래핀 기판과의 결합에는 큰 문제가 있는데, 이를 결합하기 위해선 중계물질을 삽입해야하기 때문이다. 그래핀은 결합기가 없기에 이 중계물질을 그래핀에 붙힌 후 중계물질 위에 항체를 붙이게 되는데, 이 중계물질이 그래핀에 비해 매우 큰 분자량과 무게를 가지고 있기에 그래핀의 전기적 성질을 크게 저해한다. 또한 중계물질을 붙이는 방법 중 Si기를 붙히는 방법이 있는데 이 때 그래핀에 플라즈마 처리를 하여 그래핀 위에 OH기를 형성시키는 과정 중 그래핀이 심하게 손상된다. 이 논문에서는, 같은 고전도성을 가지는 CNT를 그래핀 위에 도포시킨 후 플라즈모닉웰딩 처리를 하여 그래핀의 전기적 성질의 하락을 최소화하면서 항체를 기판 위에 접착시키는 연구를 수행하였다. 플라즈모닉 웰딩 처리를 한 CNT/그래핀 복합체의 경우 항체와의 결합 시 더 잘 결합하여 항원/항체 반응의 전기적 신호를 높게 측정할 수 있었고, 그래핀 자체의 전기적 특성 또한 하락폭이 적었다. 결론적으로 이 방법을 사용하면 고전도 그래핀 기판 위에 쉽게 바이오물질을 접착시킬 수 있었으며 FET구조의 바이오센서의 전기적신호 또한 기존 방법대비 향상시킬 수 있었다.한국과학기술원 :기계공학과