KR0137576B1 - 가변 임피던스 전자파 발생장치 - Google Patents
가변 임피던스 전자파 발생장치Info
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Abstract
본 발명은 결합전송 선로(Coupled Transmission Line)내부에서 서로 반대 방향의 전력을 전송할 때, 동위상으로 만나는 지점에서 저임피던스 전자파(자기장)를, 180도의 위상차를 갖는 지점에서는 고임피던스 전자파(전기파)를 발생시키는 특성을 이용하여 전기장 강도측정기 교정용, 자기장 강도측정기 교정용, 안테나 교정용 및 전기 전자 장비의 불요 전자파 간섭 및 내성(EMI/EMS) 측정용 등으로 사용되는 가변 임피던스 전자파 발생장치(VWIG : Variable Wave Impedance Generator)에 관한 것이다.
Description
제 1도는 본 발명에 의한 가변 임피던스 전자파 발생장치의 구성을 개략적으로 나타낸 사시도.
제 2도는 본 발명에 의한 가변 임피던스 전자파 발생장치의 요부구성도로서, 2a도는 평단면도이고, 2b도는 정단면도이며, 2c도는 측 단면도.
제 3도는 본 발명에 의한 가변 임피던스 전자파 발생장치를 이용하여 임의의 전파 임피던스를 발생시키기 위한 시스템의 일예 구성도.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
1 : 피시험체 영역2 : 테이퍼 영역
3 : 동축 코넥터 이음매 영역4 : 제 1 외부도체
5 : 제 1 내부도체6 : 제 2 내부도체
7 : 제 1 좌단 N형 코넥터8 : 제 1 우단 N형 코넥터
9 : 제 2 좌단 N형 코넥터10 : 제 2 우단 N형 코넥터
11 : 문12 : 차폐장
13 : 받침대14 : 지지대
15 : 제 3 내부도체16 : 내부도체 핀
17 : 내부유연체18 : 나사
19 : 제 2 외부도체
본 발명은 결합전송선로(Coupled Transmission Line)내부에서 서로 반대 방향의 전력을 전송할 때, 동위상으로 만나는 지점에서는 저임피던스 전자파(자기장)를, 180도의 위상차를 갖는 지점에서는 고임피던스 전자파(전기파)를 발생시키는 특성을 이용하여 전기장 강도측정기 교정용, 자기장 강도 측정기 교정용, 안테나 교정용 및 전기 전자 장비의 불요 전자파 간섭 및 내성(EMI/EMS) 측정용 등으로 사용되는 가변 임피던스 전자파 발생장치(VWIG : Variable Wave Impedance Generator)에 관한 것이다. 기존 고임피던스 전자파를 발생시키는 시설로는 루프 안테나가 있다. 그러나 이러한 시설은 외부에 노출되므로써 외부 전자파 환경에 의해 영향을 받기도 하고 또는 영향을 주기도 한다. 그러므로 펄스 자기장 내성(IEC1000-4-9)과 같은 시험을 실시할 경우 차폐실과 같이 외부로 전자파 누설이 되지 않는 장소에서 시험을 실시하도록 하고 있다.
또한, 기존 티이엠 셀을 이용한 방법이 있는데 이는 한쪽단은 가변 저항기를 설치하고 다른 한쪽단은 전력을 급전시켜 반사되어 오는 전자파를 이용하는 방법이다.
그러나 이는 피시험체가 놓이는 시험영역에서 주파수에 따라 각기 다른 전파 임피던스를 갖기 때문에 펄스 자기장 내성처럼 광대역 신호에 대한 시험을 지원할 수가 없고, 자기장 혹은 전기장 측정용 안테나 교정시, 매 주파수에 따른 위치를 변경해야 하는 문제점을 내포하고 있다.
이와 같은 문제점을 해소하기 위하여 안출된 본 발명에서는 외부의 전자파 환경에 무관하게 시험을 실시할 수 있도록 하며, 피시험체가 위치하는 피시험체영역에서 주파수와 독립적으로 임의의 전파 임피던스를 가질 수 있도록 한 가변 임피던스 전자파 발생장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.
즉, 자기장 및 전기장, 평면과 내성시험을 위시하여 각종 전기장, 자기장 안테나 등을 포함한 일반 송수신용 안테나에 대한 교정을 외부의 전자파 환경에 무관하게 실시할 수 있도록 하며, 가변 감쇠기만을 조작하여 피시험체가 위치하는 시험영역에서 주파수와 독립적으로 균일한 임의의 전파 임피던스를 형성시키도록 한 가변 임피던스 전자파 발생장치를 제공하고자 한다. 상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징적인 구조를 편의상 다음과 같은 영역으로 구분하여 살펴볼 수 있다.
즉, 피시험체가 놓이는 부분으로서 구형 외부도체속에 대칭으로 내부도체가 놓이는 겹합 전송 선로의 구조를 가지는 피시험체 영역부와 ; 서로 다른 동축 코넥터 단면 구조와 가변 임피던스 전자파 발생장치의 구조를 임피던스 정합은 물론 고전력 전송이 가능하도록 단계적 형상접근으로 설계된 동축 코넥터 이음매 영역부와 ; 상기 피시험체영역과 동축코넥터영역부를 연결하는 테이퍼 영역부와 ; 상기 피시험체영역 내에 임의로 전파 임피던스를 가변시킬 수 있도록 조절가능한 가변장치부로 구분할 수 있다.
이하, 제 1 도 내지 제 3 도의 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.
제 1 도는 본 발명에 의한 가변 임피던스 전자파 발생장치의 구성을 개략적으로 나타낸 사시도의 일예를 나타내는 것이며, 제 2 도는 본 발명에 의한 가변 임피던스 전자파 발생장치의 요부구성도로서, 2a도는 평단면도이고, 2b도는 정단면도이며, 2c도는 측 단면도이며, 제 3 도는 본 발명에 의한 가변 임피던스 전자파 발생장치를 이용하여 임의의 전파 임피던스를 발생시키기 위한 시스템의 일예 구성도이다.
상기 도면에서 도면부호(1)은 피시험체영역, (2)는 테이퍼영역, (3)은 동축 커넥터이음매영역이다. 그리고 (4)는 제 1 외부도체, (5)는 제 1 내부도체, (6)은 제 2 내부도체, (7)은 제 1 좌단 N형 코넥터, (8)은 제 1 우단 N형 코넥터, (9)는 제 2 좌단 N형 코넥터, (10)은 제 2 우단 N형 코넥터, (11)은 문, (12)은 차폐장, (13)은 받침대, (14)는 지지대, (15)는 제 3 내부도체, (16)은 내부도체 핀,(17)은 내부유전체, (18)은 나사, (19)는 제 2 외부도체를 나타낸다.
피시험체영역(1)의 구조는 상기 제 1 도와 제 2 도에 도시된 바와 같이 결합 전송선로의 형태를 갖는데 두개의 내부도체(5),(6)가 내부에서 상하 대칭으로 놓이고 이를 지지하는 지지대(14) 그리고 문(11), 차폐창(12)으로 구성되어 있다. 균일장 영역(uniform field region)은 피시험체와 내부도체 및 외부도체 사이의 1/3인 중심영역(IEC 1000 -4-3 CISPR 24 등)을 말하는데 이 영역에서 균일도는 일반 티이엠 셀 보다도 좋은 특성을 갖게 된다. 왜냐하면 일반 티이엠 셀의 경우 내부 전자계 분포는 양측 외부도체(16)(17)와 내부도체간의 포텐셜 차에 의해 형성되는 전자기장에 의한 영향으로 균일도가 깨지게 되나, 본 발명의 구조 특성상 내부도체가 상하 대칭 구조로 놓이고 양단에 전압이 동시에 급전되므로 인해 양측 외부도체 쪽으로 향하는 전계 및 이러한 전계의 수직 방향으로 형성되는 자계 성분이 상쇄되기 때문이다.
피시험체영역(1)은 될 수 있는 한 넓은 시험공간을 확보하기 위해 외부도체의 세로길이(즉 제 1 도의 외부도체(4)에서 문(11)이 설치된 면의 높이)를 가로 길이에 비해 크게 만들 수도 있다. 외부도체의 세로 및 가로길이가 정해질 때 균일장 영역의 균일도 (CISPR 24에서는 전계가 6dB 편차 이내에 있어야 한다고 규정하고 있으며, IEC 1000-4-3 에서는 6dB 점유 영역비가 75% 이상을 확보해야만 전자파 내성 시험 시설로서 인정하고 있음.)를 만족하는 범위내에 될 수 있는 한 두개의 내부도체(5)(6) 사이의 간격을 크게 하면서 임피던스 정합(주로 50 오옴)이 이루어지도록 구조를 설정한다.
또한 이 영역에서는 피시험체를 내부에 설치할 수 있도록 문(11)이 설치되어 있으며, 피시험체의 정상동작을 확인하기 위해 차폐 효과가 높은 차폐창(12)을 설치한다. 상기 차폐창(12)은 유리, 플라스틱 같은 투명물질에 얇게 금, 은 등으로 코팅 처리하거나, 가느다란 금속망인 와이어 매쉬 등을 설치하여 구성한다. 동축 코넥테이옴매영역(3)에서는 제 2 도의 2c에 도시된 측단면도와 같이 피시험체영역(1)의 단면 구조와 동축 코넥터의 단면 구조가 다르기 때문에 임피던스 정합이 유지되면서 고전력 전송이 가능하도록 구성하였다.
상기 동축코넥터이옴매영역(3)의 구성 소자로는 제 3 내부도체(15), 제 2 외부도체(19), 내부유연체(17), N형코넥터 (7),(8),(9),(10), 나사(18)로 구성되어 있다.
상기 제 3 내부도체(15)의 단면은 테이퍼 영역부(2)의 제 1 내부도체(5)와 제 2 내부도체(6)의 구조가 구형이기 때문에 그대로 구형을 유지하도록 하고, 제작하기 쉽도록 조립식으로 분리 제작하였다. 제 2 외부도체(19)의 제 3 내부도체가 있는 내부 구조는 구형의 구조를 갖고 있으며, 제 1 내부도체(5) 및 제 2 내부도체(6)와는 나사(18)로 연결하고 N형 코넥터는 내부도체 핀(16)으로 연결하였다.
제 2 외부도체(19)의 내부구조는 N형 코넥터의 외부도체 구조를 고려하여 원형으로 제작할 수 있다. 또한 내부도체(5),(6),(15)를 지지할 수 있도록 유전율이 낮은 비도전성(테프론 등) 유전체(17)를 삽입 장착하였다. 형상을 단계적으로 결합시키므로서 모서리진 부위에서 많이 나타나는 쑈트패스(short pass)현상을 줄이게 되어 보다 높은 전력 전송이 가능하게 하였다.
테이퍼영역(2)에서는 동축 코넥터 영역(3)과 피시험체 영역(1)을 연결하는 부분으로써, 단면형상은 피시험체의 영역과 같으며, 동축코넥터영역으로 갈수록 점점 줄어드는 테이퍼구조를 갖는다. 이러한 구조는 피시험체 영역의 구조와 함께 가용 주파수와 매우 밀접한 관계를 갖고 있다. 크기 및 길이가 작을수록 피시험체 공간은 작아지나 가용 주파수 범위가 넓어진다. 그러므로 이러한 영역에서는 크기를 유지하면서 유효길이(effective length)를 작게 만들어야 할 것이다. 유효길이를 작게 하는 방법으로서는 곡선형으로 대치할 수 있다.
즉, 피시험체 영역부 쪽에서는 중심이 내부방향에 위치하는 원 곡면으로 만들고 이와는 반대로 동축 코넥터이옴매 영역부 쪽에는 외부 방향에 중심이 위치하는 원 곡면으로 만들어 구현한다.
제 3 도에 본 발명에 의한 가변 임피던스 전자파 발생장치를 이용하여 임의의 전파 임피던스를 발생시키기 위한 시스템의 일예를 나타내었다.
제 1 좌단 N형 코넥터(7), 제 2 우단 N형 코넥터(10)는 종단(termination)시키고, 제 1 좌단 N형 코넥터(9)는 가변감쇠기를 거쳐 T연결자에 연결하고, 제 1 우단 N형 코넥터(8)는 스위치 S1 → 스위치 S2, 혹은 스위치 S1 → 180도 위상지연기 → 스위치 S2를 거쳐 T연결자에 연결되어 있다.
이때 주의할 점은 연결된 양측 전송선로(ㅁ,ㅇ 표시된 선로) 각각의 총 길이가 같아야 한다. 왜냐하면 피시험체 영역에서 주파수와 독립적으로 동위상 및 180도 위상차 급전을 시켜야 하기 때문이다. 이때의 T연결자는 전력증폭기 및 신호발생기에서 공급된 전력을 각각 2등분하여 양측으로 전송시키는 역할을 한다. 피시험체 영역에서 제 1 내부도체(5)와 제 2 내부도체(6)가 각각 외부도체와의 위상차가 동위상이고 전압이 같으면, 이들은 각각 피시험체 영역의 중심에서 크기는 같으면서 방향이 서로 반대방향의 전계를 형성시켜 상쇄되는 반면, 전파의 진행방향이 서로 반대방향으로 급전되므로 자계는 크기가 같으면서 방향이 서로 같아 2배의 값을 갖는다.
이때 한쪽단의 전압을 조절하면 낮은 전계, 높은 자계를 갖는 임의의 전파 임피던스(377 오옴이하)구현이 가능하다.
또한 피시험체 영역에서 제 1 내부도체(5)와 제 2 내부도체(6)의 위상 차가 180도이고 전압이 같으면 이들은 각각 피시험체 영역의 중심에서 크기는 같으면서 방향이 서로 반대 방향의 전계를 발생시켜 상쇄되는 반면에, 전파의 진행방향이 서로 반대 방향이므로 전계는 크기가 같으면서 방향이 서로 같아 2배의 전계값을 갖는다.
이때 한쪽단의 전압을 조절하면 높은 전계, 낮은 자계를 갖는 임의의 전파 임피던스(377 오옴 이상)조성이 가능하다. 이러한 원리를 이용하여 피시험체 영역에서 저임피던스 전자파(자기파)를 만들기 위해서, 스위치 S1 및 스위치 S2 를 전송선로 L1으로 연결하여 내부도체(5)(6)의 위상차가 동위상이 되도록 하고 가변 감쇠기를 조절하여 원하는 전파 임피던스를 발생시킬 수 있도록 시스템을 구현하였다. 또한 고임피던스 전자파(자기파)를 만들기 위해서, 스위치 S1 및 스위치 S2 를 전송선로 L2로 연결하여 180도 위상 지연기를 동작시켜 피 시험체 영역에서 내부도체(5)(6)의 위상차가 180도가 되도록 하고 가변 감쇠기를 조절하여 임의의 전파 임피던스를 발생시킬 수 있도록 시스템을 구현하였다.
이러한 시스템은 주파수와 독립적으로 내부 균일장 영역에서 임의의 전파 임피던스를 갖는 전자장을 조성시켜 피시험체 영역내에 존재하는 균일장 영역내에 피조사체를 넣고 전자파 내성 및 각종 안테나 교정 시험을 실시할 수가 있다.
본 발명에 의한 가변 임피던스 전자파 발생장치를 구현시키므로서 내부도체 양단의 공급전압을 조절하여 임의의 전파 임피던스를 갖는 전자파 조성이 가능하다. 또한 피시험체 영역에서 주파수와 독립적으로 임의의 전파임피던스를 갖게 할 수 있으므로, 광대역 전자파(IEC 100-4-9와 같은 펄스성 자기파내성 등)내성 시험이 가능하게 되었다. 그리고 구조 특성상 외부 전자파 환경에 무관하고 좁은 공간에서 설치가 용이하고 시설의 이동이 자유로운 효과를 갖는다.
그외에도 균일장 영역에서 양질의 균일도를 갖는 전자파 내성 시험에 대한 지원이 가능하여 매우 재현성 및 정확성을 갖는 전자파 내성 시험에 대한 지원이 가능하고 일반 송수신 안테나를 위시하여 전기장 안테나, 자기장 안테나 등 처럼 특수 안테나에 대한 정확한 교정이 가능하게 되었다.
Claims (11)
- 자기장 및 전기장, 평면파 내성시험과 각종 전기장, 자기장안테나 등을 포함한 일반 송수신용안테나에 대한 교정을 외부의 전자파환경에 무관하게 실시하도록 제 1 내부도체(5)와 제 2 내부도체(6)가 상하 대칭으로 설치된 피시험체영역(1)과 ; 상기 내부도체(5),(6)의 양단에 전압이 동시에 급전되도록 제 1좌단 N형코넥터(7)과 제 2 좌단 N형코넥터(8) 및 제 1우단 N형코넥터(8)과 제 2우단 N형코넥터(10)가 구비된 동축코넥터 이옴매영역(3)과 ; 상기 피시험체영역(1)과 동축코넥터이옴매영역(3)을 연결하는 테이퍼 영역(2)과 ; 상기 피시험체영역(1)내에 임의로 전파 임피던스를 가변시킬 수 있도록 조절가능한 가변장치부를 포함하는 가변 임피던스 전자파 발생장치.
- 제 1항에 있어서, 피시험체영역(1)은 제 1내부도체(5)와 제 2내부도체(6)가 지지대(14)에 의해 상하 대칭으로 설치되고, 보다 넓은 시험공간을 확보하기 위하여 외부도체의 세로길이를 가로길이에 비해 크게 형성함을 특징으로 하는 가변 임피던스 전자파 발생장치.
- 제 1항에 있어서, 동축코넥터이옴매영역(3)의 제 3내부도체(15)는 테이퍼영역(2)의 제 1내부도체(5)와 제 2내부도체(6)의 구조와 동일 형태인 구형을 유지하도록 하며, 제작이 용이하도록 조립식으로 분리 제작됨을 특징으로 하는 가변 임피던스 전자파 발생장치.
- 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서, 동축코넥터이옴매영역(3) 제 2 외부도체(19)의 내부를 원형으로 제작하여 제 3 내부도체(15)를 삽입 장착하도록 함을 특징으로 하는 가변 임피던스 전자파 발생장치.
- 제 1 항에 있어서, 테이퍼영역(2)은 피시험체영역(1) 측의 경우 중심이 내부 방향에 위치하는 원곡면을 이루도록 하고, 동축코넥터이옴매영역(3)측의 경우 중심이 외부방향에 위치하는 원곡면으로 대치되는 구조로 형성됨을 특징으로 하는 가변 임피던스 전자파 발생장치.
- 제 1 항 또는 제 5 항에 있어서, 테이퍼영역(2)은 피시험체영역(1)측의 경우 중심이 내부 방향에 위치하는 원곡면을 이루도록 하거나, 동축코넥터이옴매영역(3)측의 경우 중심이 외부방향에 위치하는 원곡면으로 대치되는 구조중 어느 하나의 구조적인 특징으로 형성됨을 특징으로 하는 가변 임피던스 전자파 발생장치.
- 제 1 항에 있어서, 가변장치부는 가변감쇠기와 위상변경을 위한 스위치 S1, 스위치 S2가 각각 T연결자에 의해 전력증폭기와 신호발생기로 연결되도록 함을 특징으로 하는 가변 임피던스 전자파 발생장치.
- 제 1 항 또는 제 7 항에 있어서, 제 1 좌단 N형코넥터(7)과 제2 우단 N형코넥터(10)는 종단(termination)시키고, 제 1좌단 N형코넥터(9)는 가변감쇠기를 거쳐 T연결자에 연결하고, 제 1 우단 N형코넥터(8)는 스위치 S1 → 스위치 S2, 혹은 스위치 S1 → 180도 위상지연기 → 스위치 S2를 거쳐 T연결자에 연결되돌록 하되, 상기 양측의 전송선로의 총길이가 같도록 함을 특징으로 하는 가변 임피던스 전자파 발생장치.
- 제 1 항 또는 제 7 항에 있어서, 가변장치부는 가변 감쇠기를 조절하여 임의의 전파임피던스를 조절하도록 함을 특징으로 하는 가변 임피던스 전자파 발생장치.
- 제 8 항에 있어서, 피시험체영역(1)의 고임피던스 전자파(전기파) 형성을 위하여 T연결자 앞단의 180도 위상지연기에 의하여 스위치 S1 및 스위치 S2 를 전송선로 L2로 연결하여 180도 위상지연기를 동작시켜 피시험체 영역에서 내부도체(5),(6)의 위상차가 180도가 되도록 하고 가변 감쇠기를 조절하여 임의의 전파 임피던스를 발생시킬 수 있도록 함을 특징으로 하는 가변 임피던스 전자파 발생장치.
- 제 8 항에 있어서, 피시험체영역(1)의 저임피던스 전자파(자기파) 형성을 위하여 T연결자 앞단의 180도 위상지연기에 의하여 스위치 S1 및 스위치 S2 를 전송선로 L1로 연결하여 피시험체 영역에서 내부도체(5)(6)의 위상차가 동위상이 되도록 하고 가변감쇠기를 조절하여 임의의 전파 임피던스를 발생시킬 수 있도록 함을 특징으로 하는 가변 임피던스 전자파 발생장치.
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