The Journal of Korean Institute of Electromagnetic Engineering and Science
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v.12
no.7
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pp.1057-1066
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2001
This paper describes a design for linear polarization antenna using the EMCD (electromagnetically coupled dipole). The analysis and the design of model antennas are conducted by FDTD method. Vertical and horizontal linear polarizations are easily obtained by variation of dipole position. In 1-element antenna design, mutual coupling between microstrip feed line and radiator is considered. Design parameters of each 1-element antenna with vertical and horizontal polarization are used for array design. Radiation power and main beam tilting angle can be controlled by the offset and the distance between radiating elements in an array, respectively. 5-element array antennas are fabricated and measured to prove the design validity. The results of FDTD simulation and measurement show the reasonable agreement.
A windowless spallation target can provide a neutron source and maintain neutron chain reaction for a subcritical reactor, and is a key component of China's nuclear waste transmutation of coupling accelerator and subcritical reactor. The main issue of the windowless target design is to form a stable and controllable free surface that can ensure that energy spectrum distribution is acquired for the neutron physical design when the high energy proton beam beats the lead-bismuth eutectic in the spallation target area. In this study, morphology and flow characteristics of the free surface of the windowless target were analyzed through the volume of fluid model using computational fluid dynamics simulation, and the results show that the outlet cross section size of the target is the key to form a stable and controllable free surface, as well as the outlet with an arc transition. The optimization parameter of the target design, in which the radius of outlet cross section is $60{\pm}1mm$, is verified to form a stable and controllable free surface and to reduce the formation of air bubbles. This work can function as a reference for carrying out engineering design of windowless target and for verification experiments.
Extraordinary phenomena related to the transmission of light via metallic films with subwavelength holes and grooves are known to be due to resonant excitation and interference of surface waves. These waves make various surface structures to have optically effective responses. Further, a related study subject involves the control of light transmitted from a single hole or slit by surrounding it with diffractive structures. This paper reports on the effects of controlling light with a periodic groove structure with Fresnel-type chirping. In Fresnel-type chirping, diffracted surface waves are coherently converged into a focus, and it is designed considering the conditions of constructive interference and angular spectrum optimization under the assumption that the surface waves are composite diffracted evanescent waves with a well-defined in-plane wavenumber. The focusing ability of the chirped periodic structures is confirmed experimentally by two-beam attenuated total reflection coupling. Critical factors for achieving subwavelength foci and bounds on size of focal spots are discussed in terms of the simulation, which uses the FDTD algorithm.
This paper presents experimental study on effects of width-to-thickness ratio and loading history on cyclic rotational capacity of H-shaped steel beams subjected to pure bending. Eight Class 3 and 4 H-shaped beams with large width-to-thickness ratios were tested under four different loading histories. The coupling effect of local buckling and cracking on cyclic rotational capacity of the specimens was investigated. It was found that loss of the load-carrying capacity was mainly induced by local buckling, and ductile cracking was a secondary factor. The width-to-thickness ratio plays a dominant effect on the cyclic rotational capacity, and the loading history also plays an important role. The cyclic rotational capacity can decrease significantly due to premature elasto-plastic local buckling induced by a number of preceding plastic reversals with relative small strain amplitudes. This result is mainly correlated with the decreasing tangent modulus of the structural steel under cyclic plastic loading. In addition, a theoretical approach to evaluate the cyclic rotational capacity of H-shaped beams with different width-to-thickness ratios was also proposed, which compares well with the experimental results.
The bond between the concrete and bar is a main factor affecting the performance of the reinforced concrete (RC) members, and since the steel corrosion reduces the bond strength, studying the bond behavior of concrete and GFRP bars is quite necessary. In this research, a database including 112 concrete beam test specimens reinforced with spliced GFRP bars in the splitting failure mode has been collected and used to estimate the concrete-GFRP bar bond strength. This paper aims to accurately estimate the bond strength of spliced GFRP bars in concrete beams by applying three soft computing models including multivariate adaptive regression spline (MARS), Kriging, and M5 model tree. Since the selection of regularization parameters greatly affects the fitting of MARS, Kriging, and M5 models, the regularization parameters have been so optimized as to maximize the training data convergence coefficient. Three hybrid model coupling soft computing methods and genetic algorithm is proposed to automatically perform the trial and error process for finding appropriate modeling regularization parameters. Results have shown that proposed models have significantly increased the prediction accuracy compared to previous models. The proposed MARS, Kriging, and M5 models have improved the convergence coefficient by about 65, 63 and 49%, respectively, compared to the best previous model.
One dimensional (1D) grating has been fabricated (using focused ion beam) on 50 nm gold (Au) film deposited on higher refractive index Gallium phosphate (GaP) substrate. The sub-wavelength periodic metal nano structuring enable to couple photon to couple with the surface plasmons (SPs) excited by them. These grating devices provide the efficient control on the SPs which propagate on the interface of noble metal and dielectric whose frequency is dependent on the bulk electron plasma frequency of the metal. For a fixed periodicity (${\Lambda}=700 nm$) and slit width (w = 100 nm) in the grating device, the efficiency of SPP excitation is about 40% compared to the transmission in the near-field. Efficient coupling of SPs with photon in dielectric provide field localisation on sub-wavelength scale which is needed in Heat Assisted Magnetic recording (HAMR) systems. The GaP is also used to emulate Vertical Cavity Surface emitting laser (VCSEL) in order to provide cheaper alternative of light source being used in HAMR technology. In order to understand the underlying physics, far-and near-field results has been compared with the modelling results which are obtained using COMSOL RF module. Apart from this, grating devices of smaller periodicity (${\Lambda}=280nm$) and slit width (w = 22 nm) has been fabricated on GaP substrate which is photoluminescence material to observe amplified spontaneous emission of the SPs at wavelength of 805 nm when the grating device was excited with 532 nm laser light. This observation is unique and can have direct application in light emitting diodes (LEDs).
The existing researches on the dynamics of the fluid-conveying pipes only focus on stability and vibration problems, and there is no literature report on the wave propagation of the fluid-conveying pipes. Therefore, the purpose of this paper is to explore the propagation characteristics of longitudinal and flexural waves in the fluid-conveying pipes. First, it is assumed that the material properties of the fluid-conveying pipes vary based on a power function of the thickness. In addition, it is assumed that the material properties of both the fluid and the pipes are closely depended on temperature. Using the Euler-Bernoulli beam equation and based on the linear theory, the motion equations considering the thermal-mechanical-fluid coupling is derived. Then, the exact expressions of phase velocity and group velocity of longitudinal waves and bending waves in the fluid-conveying pipes are obtained by using the eigenvalue method. In addition, we also studied the free vibration frequency characteristics of the fluid-conveying pipes. In the numerical analysis, we successively studied the influence of temperature, functional gradient index and liquid velocity on the wave propagation and vibration problems. It is found that the temperature and functional gradient exponent decrease the phase and group velocities, on the contrary, the liquid flow velocity increases the phase and group velocities. However, for vibration problems, temperature, functional gradient exponent parameter, and fluid velocity all reduce the natural frequency.
Two-directional functionally graded materials (2D-FGMs) show extraordinary physical properties which makes them ideal candidates for designing smart micro-switches. Pull-in instability is one of the most critical challenges in the design of electrostatically-actuated microswitches. The present research aims to bridge the gap in the static pull-in instability analysis of microswitches composed of 2D-FGM. Euler-Bernoulli beam theory with geometrical nonlinearity effect (i.e. von-Karman nonlinearity) in conjunction with the modified couple stress theory (MCST) are employed for mathematical formulation. The micro-switch is subjected to electrostatic actuation with fringing field effect and Casimir force. Hamilton's principle is utilized to derive the governing equations of the system and corresponding boundary conditions. Due to the extreme nonlinear coupling of the governing equations and boundary conditions as well as the existence of terms with variable coefficients, it was difficult to solve the obtained equations analytically. Therefore, differential quadrature method (DQM) is hired to discretize the obtained nonlinear coupled equations and non-classical boundary conditions. The result is a system of nonlinear coupled algebraic equations, which are solved via Newton-Raphson method. A parametric study is then implemented for clamped-clamped and cantilever switches to explore the static pull-in response of the system. The influences of the FG indexes in two directions, length scale parameter, and initial gap are discussed in detail.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.49
no.11
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pp.893-900
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2021
In this study, air density in a narrow test section is measured using a laser absorption spectroscopy system that detects oxygen absorption lines. An absorption line pair at 13156.28 and 13156.62 cm-1 are detected. A gas chamber with a height of 40 mm is used as a narrow test section. A triangular spiral-shaped laser path is applied in the gas chamber to amplify absorption strength by extending laser beam path length. A well-known logarithm amplifier and a secondary amplifier are used to electrically amplify absorption signal. An AC-coupling is applied after the logarithm amplifier for signal saturation prevention and noise suppression. Procedure of calculating spectral absorbance from output signal is introduced considering the logarithm amplifier circuit configuration. Air density is determined by fitting the theoretically calculated spectral absorbance to the measured spectral absorbance. Test conditions with room temperature and a pressure range of 10~100 kPa are made in a gas chamber using a Bourdon pressure gauge. It is confirmed that air density in a narrow test section can be measured within a 16 % error through absorption signal amplification using a triangular spiral-shaped beam path and a logarithm amplifier.
The Journal of Korean Institute of Electromagnetic Engineering and Science
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v.29
no.11
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pp.828-833
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2018
It is well known that reflected waves and resonance affect phase distortion. In addition, phase delay can be distorted by antenna impedance. In this study, we analyze the phase delay variation caused by the antenna impedance, considering mutual coupling effects. In addition, we confirm the beam steering characteristics. When was -10 dB and -7 dB, the maximum phase delay error was $18.5^{\circ}$ and $26.5^{\circ}$, respectively. The Monte Carlo simulation with an eight-element linear array antenna demonstrated that the RMS error of the beam steering angle ranged from $0.19^{\circ}$ to $0.4^{\circ}$, and the standard deviation ranged from $0.14^{\circ}$ to $0.33^{\circ}$ when the beam steering angle was in the range of $0^{\circ}$ to $30^{\circ}$, with the uniformly distributed phase error of $18.5^{\circ}$ and $26.5^{\circ}$. The side lobe level increased from 0.74 dB to 1.21 dB by the phase error from the theoretical value of -12.8 dB, with a standard deviation of 0.31 dB to 0.51 dB. This is verified by designing an eight-element spiral array antenna.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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