KR0144869B1 - 3단자 티이엠셀 - Google Patents

Abstract

본 발명은 다중 전송 선로(Muti Transmission Line) 내부에서 급전 선로 선택에 따라 내부 전계 분극이 바뀌는 특성을 수평 수직 분극의 전자계 조성이 가능하도록 하고, 내부 도체를 구형인 외부도체 모서리에 위치하게 하여 내부도체의 결합양을 줄이고, 시험영역을 넓게 사용할 수 있는 전기 전자 장비의 불요 전자파 간섭 및 내성(EMI/EMS)측정용 3단자 티이엠 셀과 이를 이용한 복사 전자장 내성 측정 시스템에 관한 것으로 내성 측정시 보다 많은 피 시험체에 대한 전기적인 정보를 제공받을 수 있으므로 측정시간의 단축 및 정확도를 기할 수 있도록 한 것이다.

Description

3단자 티이엠셀.(3P-TEM cell.)

제1도는 본 발명에 의한 3단자 티이엠셀의구성을 개략적으로 나타낸 사시도의 일예.

제2도는 본 발명에 의한 3단자 티이엠셀의 요부 구성도로서, (a)는 평단면도, (b)는 정단면도, (c)는 측단면도.

제3도는 본 발명 3단자 티이엠셀을 이용한 복사 전자기장 내성 측정시스템의 구성도.

제4도는 (a)는 기존 지티이엠셀(GTEM cell)의 균일장 영역, (b)는 기존 삼중 티이엠셀(Triple TEM cell)의 균일장 영역, (c)는 본 발명에 의한 3단자 티이엠셀의 균일장 영역.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1:피시험체 영역 2:동축 코넥터 접속 영역

3:종단부 영역 4,5,6:제1,2,3 외부 도체

7,8,9:제1,2,3 N형 코넥터 10:문

13,14,15:제1,2,3 개폐장 16,17,18,19:제1,2,3,4 내부 도체

20:유전체 22,23:제1,2 지지대

23,25:제1,2 나사 26:전자파 흡수체

28:분포 저항 33:균일장 영역

40:제어 박스 42:T 연결자

본 발명은 다중 전송 선로(Multi Transmission Line) 내부에서 급전 선로 선택에 따라 내부 전계 분극이 바뀌는 특성을 이용하여 수평 수직 분극의 전자계 조성이 가능하도록 하고, 내부 도체를 구형인 외부 도체 모서리에 위치하게 하여 내부 도체간의 결합양을 줄이고, 시험영역을 넓게 사용할 수 있는 전기 전자 장비의 불요 전자파 간섭 및 내성(EMI/EMS)측정용 3단자 티이엠셀(3P TEM cell : 3 Port Transceivers Electromagnetic cell)에 관한 것이다.

종래의 지티이엠 셀(GTEM cell)은 1단자 시스템으로서 직사각판의 구조를 갖는 내부도체 한 개가 제4도(a)에서 처럼 구형 외부 도체 내부에 놓이는 구조로 인해 균일장 영역이 내부 도체가 놓이는 것만큼 좁아지는 문제점을 갖고 있다.

균일장 영역이란 국제 규격인 IEC1000-4-3, CISPR 24 등에서 내부 도체, 외부 도체 벽의 1/3넓이를 갖는 중심영역으로 정의하고 있으며 피시험체는 반드시 이 영역밖에 놓여서는 안된다고 규정하고 있다.

또한 지티이엠 셀을 이용하여 수평 분극에 대한 복사 전자장 내성 시험을 하기 위해서는 피시험체를 반드시 뒤집어야만 한다.

전자레인지 처럼 내부에 피조사체를 넣고 시험을 해야만 하는 전기.전자기기에 대해서는 시험이 어려운 문제점을 갖고 있으며, 또한 전자파 장해 측정 역시 피시험체의 방위 변화폭이 크기 때문에 측정의 재현성이 떨어지는 요인으로 작용하고 있다.

이러한 분극문제를 해결한 것이 자동 측정용 광대역 전자파 발생장치 및 삼중 티이엠 셀(Triple TEM cell)이다.

전자는 1단자 시스템이고 후자는 2단자 시스템이다.

전자의 단면 구조 역시 지티이엠 셀처럼 구형판의 내부 도체를 갖고 있어 이러한 시설의 균일장 영역은 내부 도체가 놓이는 것만큼 좁아지는 문제점을 가지고 있다.

삼중 티이엠셀은 제4도(b)에서 처럼 직사각판의 내부 도체 두개가 내부에 수직으로 놓으므로 균일장 영역은 종래의 지티엠 셀 보다도 더 좁은 문제점을 갖고 있다.

게다가 내부 도체가 서로 인접하게 위치하고 있어서 내부 도체간의 결합양이 커서 전자파 자애 측정의 오차를 유발할 뿐만 아니라 균일장 영역의 균일도가 떨어지는 요인으로 작용된다.

일반적으로 상기 결합양은 1m * 1m 인 외부도체 크기를 갖고 내부도체 폭이 0.5m인 50Ω형 삼중 티이엠 셀의 경우 17dB이하로 감소되어 결합한다.

본 발명은 상술한 문제점들을 해소하기 위한 것으로 2개의내부도체를 외부도체의 모서리로 위치시켜 시험 공간을 넓히고 내부도체간의 결합양을 줄일 수 있는 3단자 티이엠 셀을 제공하는데 목적이 있다.

본 발명은 또 다른 목적으로는 중심에 위치하는 내부도체와 양단동체 중의 하나를 선택하여 동위상으로 급전시켜 수평, 수직 분극을 임의로 조절할 수 있는 3단자 티이엠 셀을 제공한다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명 3단자 티이엠 셀의 특징으로는 한쪽은 입력단자가 놓이고 다른 한단은 저항 및 전파 흡수 훼라이트, 전파 흡수체로 종단시키는 티이엠 셀에 있어서, 피시험체가 놓이는 피시험체 영역부와 서로 다른 동축 코넥터 단면 구조와 피시험체 구조를 임피던스 정합과 고전력 전송이 되도록 연결하는 동축 코넥터 접속 영역부와, 전송된 전력을 종단하는 종단 영역부를 포함한다.

본 발명 복사 전자장 내성 측정 시스템의 특징으로는 티이엠 셀의 1 N 형 코넥터를 제어박스 내의 T 연결자에 직접 연결하고, 제 2 N 형 코넥터 및 제 3 N 형 코넥터는 스위치 S1을 거쳐 한단은 정상동작 확인장치와 다른 단은 T연결자에 연결되는 구조를 갖는다.

이하, 제1도로 부터 제4도의도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.

제1도는 본 발명에 의한 3단자 티이엠 셀의 구성을 개략적으로 나타낸 사시도이다.

제2도는 본 발명에 의한 3단자 티이엠 셀의 요구 구성도로서 (a)는 평단면도, (b)는 정단면도, (c)는 좌측 단면도, (d)는 우측 단면도를 나타내고, 제3도는 본 발명에 의한 3단자 티이엠 셀을 이용한 복사 전자기장 내성 측정 시스템의 구성을 나타낸 것이다.

제4도에서는 기존 지티이엠 셀 및 삼중 티이엠 셀과 본 발명에 의한 3단자 티이엠셀의 균일장 영역의 크기를 각각 나타낸 것이다.

제2도에서 처럼 피시험체 영역(1)의 구조는 도축 코넥터 접속 영역부(2)에 서 종단부 영역(3)쪽으로 갈수록 점차 커지는 형태를 갖는다.

이 영역내에는 3개의 1,2,3 내부 도체(16,17,18)가 단단한 플라스틱 같은 비도전성 물질로 만들어진 나사(24)로 상하 외부도체 벽에 고정시켜 지지한다.

그리고, 피시험체 설치를 위한 문(10)과 피시험체 동작상태를 3면에서 관찰하기 위한 제1,2,3 차폐창(13,14,15)으로 구성되어 있다.

제4도 (a)에 기존 지티이엠 셀의 균일장 영역을, 제4도 (b)에 기존 삼중 티이엠 셀의 균일장 영역을, 제4도 (c)에 본 발명에 의한 3단자 티이엠셀의 균일장 영역(빗금친 부분)을 나타내고 있는데, 그림에서 처럼 동일크기의 기존 시설보다도 넓은 균일장 영역을 가지고 있음을 볼 수가 있다.

그러나 본 발명에서의 내부도체는 크기가 작은 원형의 구조로 모서리에 위치하므로서 내부 전자장으 균일도가 다소 떨어지는 문제점을 갖는다.

이러한 문제점들은 제 1 내부 도체(16)와 제 2 내부도체(17) 혹은 제 1 내부 도체(16)와 제 3 내부도체(18)에 대해 동위상으로 급전시켜 해결할 수가 있다.

만일 수직 성분의 전계를 발생시키기 위해서 제 1 내부 도체(16), 제 3 외부도체(18)를 동위상으로 급전시킨다면 내부 균일도를 저해하는 요소인, 좌우 방향의 전계 성분을 상쇠시키므로서 보다 균일도가 높은 내부전자기장을 조성시키게 된다.

이로서 IEC에서 요구되는 전계 절대치 분포에 대한 균일도 평가(6dB 점유 영역비가 75% 이상을 확보해야 만 전자파 내성 시험 시설로서 인정하고 있음.)를 충족시키는 전계 분포도를 쉽게 조성시킬 수가 있다.

예로서 1m * 1m 인 외부도체에 반지름이 0.057m인 50Ω 3단자 티이엠 셀은 6dB 점유 영역비가 93%를 가진다.

제2도 (c),(d) 측면도에서 처럼 제 1,2,3 내부도체(16,17,18)의 단면이 원형인 구조를 갖고 있으나 보다 높은 캐패시턴스 결합양을 증가시켜 보다 가느다란 내부 도체를 갖게 하기 위해서 구형의 구조로 구성시킬 수가 있다.

또한 이 영역에서는 내부 도체가 위치하지 않는 방향에 문(18)을 장착하여 피시험체의 설치를 보다 용이하게 하였으며, 피시험체의 정상동작을 편리하게 관찰하기 위해 차폐 효과가 높은 차폐창(13,14,15)을 3면에 설치하였다.

상기 차폐창(13,14,15)의 소재로는 유리, 플라스틱 같은 투명물질에 얇게 금,은 등으로 코팅처리하거나, 가느다란 금속 망인 와이어 매쉬 등을 사용한다.

동축 코넥터 접속 영역(2)은 제2도 (c)에서 처럼 피시험체 영역의 단면 구조와 동축 코넥터의 단면 구조가 서로 다르기 때문에 임피던스 정함을 유지하고 고전력 전송이 가능하도록 이 둘의 구조를 연결해야 하는 영역이다.

구성 소자로는 제4내부도체(19), 제3외부도(6), 내부 유전체(20), 제1,2,3 N 형 코넥터(7,8,9)가 있다.

상기 제4내부도체(19)의 단면은 피시험체 영역부(1)의 제1,2,3내부도체(16,17,18) 구조가 원형이므로 그대로 원형을 유지하게 하고, 제작하기 쉽도록 조립식으로 분리 제작한다.

제3외부도체(6)에는 제4내부도체(19) 3개가 놓일 수 있도록 3개의 구멍을 갖고 있다.

이들 구멍 각각의 단면 구조는 내부도체와 동일한 원형(제2도(c) 좌측단면도 참조)으로 제작한다.

이때 제4내부도체(6)의 중심에는 소정의 구멍을 내어 제1,2,3내부도체를 삽입 장착하도록 하고, 이와 동일축상의 반대 방향의 위치에도 구멍을 형성하고 내부도체핀(21)으로 N형 동축 코넥터와 연결한다.

그리고, 이들의연결부위에 내부도체(16,17,18,19)를 지지할 수 있도록 유전율이 낮은 비도전성(테프론 등) 유전체(20)를 내부에 삽입 정착하였다.

모서리진 부위에서 많이 나타나는 쑈트 패스(short pass)현상을 줄여 높은 전력전송이 가능하도록 간진 부위(26)를 곡면으로 만들 수 있다.

그리고 종단부 영역(3)은 단면이 원형 또는 다각의 원통형 구조를 갖도록 PCB판을 만들고 그곳에 저항소자를 직렬 혹은 병렬로 구성하여 종단처리한 분포 저항(28)이 제1,2,3내부도체(16,17,18)와 제4내부도체(31) 사이에 제1,2 걸대(29,30)로 연결한다.

나무나 혹은 유전율이 낮은 비도전성 유전체로 만든 지지대(32)에 고정된 피라미드형 전파 흡수체(26), 제4내부도체(27)를 감싸고 종단부 외부 도체벽에 고정된 전파흡수용 훼라이트(27)로 구성한다.

여기에서 상기 분포저항은 직류(DC)∼일백여 MHz 대역의 전자파를, 전파흡수체는 수백 MHz 대역 이상의 전자파를, 그리고 전파 흡수 훼라이트는 이들 중간 대역의 전자파를 각각 흡수 종단시키는 역활을 하므로써 Q 펙터가 높은 공진 모드의 출현을 막아준다.

만일 저항소자가 높은 주파수 대역까지 충분히 종단시킬 수 있다면 전파흡수 훼라이트를 설치하지 않을 수도 있으며, 전파 흡수체가 저주파 대역까지도 충분히 종단시킬 수 있다면 전파흡수 훼라이트를 제거해도 된다.

제3도는 본 발명 3단자 티이엠 셀을 이용한 복사 전자기장 내성 시험을 위한 시스템의 구성을 나타낸 것이다.

상기 내성시험 시스템은 제1N형 코넥터(7)가 제어박스(40) 내부에 놓인 T연결자(42)에 곧바로 연결되고, 제2N형 코넥터(8), 제3N형 코넥터(9)는 스위치 S1(41)을 거쳐 한 단은 피시험체 정상동작 확인 장치(50)와 연결하고 다른 단은 T 연결자(42)에 연결되는 구조를 갖는다.

이때 T연결자(42)까지의 전송선로 각각의 총길이는 동위상 급전을 위해 동일해야 한다.

즉 이들은 연결하는 라인 I1, I2+02, I3+02의 길이는 같아야만 한다.

이러한 측정 시스템을 통해 국제 규격인 IEC801-3, IEC1000-4-3에 대한 복사 전자장 내성 시험을 실시하기 위해서는 우선 3단자 티이엠 셀 내의 균일장 영역에 피시험체(각종 전기. 전자 기기)를 설치한다.

그리고 다음과 같은 순서로 복사 전자장 내성시험을 실시한다.

I)먼저, 스위치 S1을 조작하여 수직 복사 전자장이 조성될 수 있도록 I2→01, I3→02로 연결한다.

그리고 나서 신호 발생기(70)로 1KMz 80%증폭 변조된 신호를 각 주파수별로 발생시키고 증폭기(60)로 시험레벨(1레벨:1V/m, 2레벌:3V/m, 3레벨:10V/m)까지 증폭시켜 피시험체에 조사한다.

이때 차폐창을 통해 피시험체가 정상으로 동작하는지 눈으로 확인하고, 피시험체 정상 동작 확인장치(전계 강도 측정기, 스펙트럼 분석기, 오실로스코프 등)를 통해 전기적으로 정상 동작 여부를 동시에 관찰한다.

상기 3단자 티이엠 셀의 구조상 내부 도체간의 결합양이 매우 낮아 (예, 1m * 1m인 외부도체 단면을 갖고 내부도체 반경이 0.057m 인 50Ω 3단자 티이엠 셀의경우 45dB이하의 감쇠 결합이 일어남.) 비급전된 내부 도체에 유기되는 전류는 피시험체가 동작할 때 발생되는 복사 잡음의 상태이므로 이를 관찰하므로서 정상 동작 여부를 판단할 수 있다.

예를 들면 시스템의 동작이 멈추는 경우 복사 잡음이 일시에 없어지며, 비정상 동작시 복사잡음의 급작스런 변화가 발생한다.

II) 1)과정이 끝나면 그 상태에서 스위치 S1을 조작하여 수평 전자장 이 조성될 수 있도록 I2→02, I3→01로 연결하고 난 뒤 각 주파수 별로 복사 전자장 내성 시험을 상기처럼 실시한다.

이러한 과정이 끝나면 피시험체 1면에 대한 수직, 수평 분극의 복사 전자장 내성 시험이 완료된 것이다.

III) II)과정이 끝나면 피시험체를 90도 회전시켜 I),II)의 과정을 반복 실시한다.

IV) III)과정이 끝나면 또 다시 피시험체를 같은 방향으로 90도 회전시켜 I),II)의 과정을 반복 실시한다.

V) IV)과정이 끝나면 또 다시 피시험체를 같은 방향으로 90도 회전시켜 I),II)의 과정을 반복 실시한다.

이로서 4면에 대한 수직 수평 복사 전자장 내성 시험이 완료된다.

상기 시험 과정을 살펴보면 복사 전자장 내성 시험 실시 중에 자동 측정용 광대역 전자파 발생장치 삼중 티이엠 셀처럼 피시험체는 단 4번의 방위 변화가 있었다(지티이엠 셀:8번임을 참조).

또한 이를 이용하여 전자파 장애(EMI)측정시 피시험체 방위 변화당 얻을 수 있는 정보(한쪽단의 전력, 양단의 전력 합, 차, 그리고 상대 위상차 등)는 기존 GTEM cell에 비해 최소 4배 이상의 정보를, 기존 삼중 티이엠 셀에 비해 2배 이상의 정보를 얻게 되므로서 측정이 간편하고, 측정시간을 단축시킬 수 있게 된다.

또한, 본 발명에 의한 3단자 티이엠 셀을 구현시키므로서 기존 시설에 비해 넓은 시험 공간을 확보하게 되므르써 보다 다양한 피시험체에 대한 전자파 내성, 전자파 장애 측정이 가능하게 되었다.

이로써 본 발명은 3단자 구조 특성에 의해 특히 전자파 내성측정시 요구되는 피시험체의 방위변화 횟수 및 폭은 자동 측정용 광대역 전자파 발생장치 및 3중 티이엠 셀과 동일하며, 전자파 장해 측정시 요구되는 피시험체의 방위 변화 횟수및 폭은 이들 보다 상대적으로 줄게 되어 측정의 편리성, 측정 시간의 단축, 측정의 재현성을 높이는 효과를 갖는다.

특히 복사 전자장 내성 시험시 비급전 내부 도체를 통해 전달되어온 전기적 신호로 피시험체의 정상 동작 상태를 판단할 수 있으며, 또한 3면에 차폐창을 설치하므로서 피시험체 대한 전자파 감응 여부를 보다 객관적으로 그리고 쉽게 판단할 수가 있게 되었다.

이러한 실험 데이타는 내성 시험시 문제시되는 시험 의뢰자의정상 동작 판단의시비를 줄일 수 있을 것이다.

Claims (4)

1. 티이엠 셀에 있어서, 동축 코넥터 접속 영역에서 종단영역쪽으로 갈수로 점차 커지는 구조로서 내부에 넓은 균일장 영역을 확보하도록 각각 구형 외부도체의 세 모서리에 위치하도록 한 제1,2,3의 내부도체와, 상기 내부도체를 고정 지지하는 고정부재와, 피시험체의 설치 및 동작상태를 관찰하도록 하는 문 및 제1,2,3차폐장을 구비한 피시험체 영역부와;서로 다른 동축 코넥터 단면 구조와 상기 피시험체 영역의 구조를 임피던스 정합과 고전력 전송이 되므로 제1,2,3내부도체를 각각 제1,2,3N형 코넥터에 연결하는 연결부재를 구비한 동축 코넥터 접속 영역부와;전송된 전력을 종단하는 종단 영역부를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 3단자 티이엠 셀.
2. 제1항에 있어서, 상기 피시험체 영역부의 고정부재는 상기 내부도체들을 각각 지지하는 제1,2,3지지대와, 상기 지지대를 상하 외부도체의 벽에 고정시키는 비도전성 물질로 된 나사로 구성된 것임을 특징으로 하는 3단자 티이엠 셀.
3. 제1항에 있어서, 상기 종단 영역부는 상기 제1,2,3내부도체의 끝단에 위치한 제5내부도체와;상기 제1,2,3내부도체와 제5내부도체 사이에 형성되어 DC∼일백여MHz 대역의 전파를 흡수 종단하는 분포 저항부재와;비도전성 유전체로 형성된 지지대에 의해 고정되는 수백 MHz 대역 이상의 전파를 흡수 종단하는 전자파 흡수체와; 상기 분포 저항부재 및 전자파 흡수체 사이의 중간 대역 전자파를 흡수 종단시키는 종단 외부도체 벽에 고정된 전파 흡수용 훼라이트로 구성된 것을 특징으로 하는 3단자 티이엠 셀.
4. 제3항에 있어서, 상기 분포 저항 부재는 단면이 원형 또는 다각의 원통형의 구조를 갖도록 PCB를 형성하고 이 PCB에 저항소자를 직렬 또는 병렬로 구성한 것을 특징으로 하는 3단자 티이엠 셀.