KR100230774B1 - 전자레인지의 전자파 누설 차단장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전자레인지의 전자파 누설 차단장치에 관한 것으로, 종래에는 입사각에 따라 감쇄시킬 수 있는 전자파의 입사각 범위가 제한되고, 임의의 각도로 입사하는 전자파의 차단장치 설계가 매우 복잡하고 어려운 문제점이 있다. 따라서, 본 발명은 상호결합이 약한 직렬 LC회로의 다중모드 억제필터를 챔버와 함께 공진기를 구성하는 도어에 형성되는 슬롯도파관의 캐비티 안에 위치시켜 누설되는 전자파를 억제토록 구성하여, 구조가 간단하고, 가격이 싸고, 동작특성이 좋고 안정성을 높일 수 있도록 한 것이다.

Description

전자레인지의 전자파 누설 차단장치

본 발명은 유전물질을 사용하는 가정용 전자레인지등에 이용되어 가열실로 부터 누설되는 전자파를 차단하기 위한 장치에 관한 것으로, 특히 상호결합이 약한 LC회로의 다중모드 억제필터를 사용하여 차폐가능한 전자파의 입사각을 넓히고, 도어의 크기를 줄이고 밴드특성을 넓힌 전자레인지의 전자파 누설 차단장치에 관한 것이다.

전자레인지는 전자파 에너지원과 공진기로 구성된다.

상기 공진기는 개구부를 갖는 챔버와 개구부를 여닫을 수 있는 도어로 이루어졌다.(USP 4,584,447, USP 4,659,891, USP 4,700,034. USP 4,868,359, USP 5,075,525)

전자레인지는 도어를 닫을 때 챔버와 도어 사이에 항상 간격이 존재한다.

이 간격은 근본적으로 공진기로 부터 전자파 에너지가 누설되는 슬롯 도파관을 형성한다.

전통적으로 이러한 누설을 막기위하여 전자파 흡수물질을 사용하거나 도어의 주위나 개구부의 주위에 억제필터를 장착한다.

억제필터는 보통 1/4파장의 분산 파라미터 쵸크를 도어 주위에(예를 들면 USP4,584,447) 형성하는데 이 쵸크는 결합구를 통하여 슬롯 도파관 캐비티와 결합된다.

이러한 필터는 전자파 에너지가 전자레인지의 공진기로 부터 누출되는 기본파의 차폐에는 효과적이다.

지금까지 억제필터의 디자인은 더 좋은 성능과 더 콤팩트(compact)한 장치로 더 값싸게 만드는 방향으로 진행해왔다.

그 한 예가 다중모드 억제필터인데 유럽특허 No. 0,196,214에 기술되어 있다.

이 필터는 2개의 1/4파장 쵸크를 가지고 있고, 이중 하나의 쵸크는 캐비티의 기본 주파수에 튜닝되어 있고 다른 하나는 고주파(예를 들면 5고조파)에 튜닝되어 있다. USP 5,075,525에 나타난 오븐의 다중모드 억제필터는 캐비티의 기본 주파수에 맞추어져 있는 것과 고조파에 맞추어져 있는 두 개의 1/4파장 쵸크와 두 개의 캐패시턴스(capacitance)필터를 가지고 있다.

이 필터의 장점은 감쇄시키는 전자파의 입사각을 약간 확장시킨 것이다.

USP 4,700,034의 오븐은 다중모드 억제필터를 채용하고 있는데 이것은 근본적으로 분산 파라미터로 이루어진 직렬 LC회로이다.

이 회로는 개구부를 따라 형성된 1/4파장 쵸크내 설치되어 있다.

이 필터는 결합구를 통하여 슬롯 도파관 캐비티와 결합한다. 이 필터는 기본파와 제2고조파를 감쇄시킨다.

슬롯 도파관의 누설을 막기위한 현재의 다중모드 억제필터로 설계상의 좋은 점을 종합적으로 취한 것이 S.Ohkava,H.Watanave,K.Kane이 제출한 논문 "High Resonance Door Seal for Microwave Oven"(Microwave Power Symposium Digest, 1978)의 것이 이 필터는 강하게 결합된 직렬 LC회로가 차폐될 전자파의 웨이브 벡터와 교차되는 일정한 선상을 따라 1/4쵸크내에 설치되고, 병렬 LC회로가 1/4쵸크내에 설치된다.

이 두개의 1/4쵸크는 결합구를 통하여 슬롯 도파관 캐비티와 결합된다. 이 LC회로들은 분포정수회로로 구성된다.

그러나, 상기와 같은 종래기술에서 USP4,584,447의 억제필터는 전자레인지의 공진기로 부터 누설되는 기본파의 차폐에는 효과적이나 고조파 누설의 차폐에는 적합하지 않으며 제한된 입사각도를 갖는 입사파에만 효과적인 문제점을 갖고 있고, 유럽 특허 No.0,196,214에 기술되어 있는 필터는 기본파와 다른 하나의 고조파에 튜닝되어 있어 차폐특성을 향상시켰지만 넓은 입사각에 대해서는 쵸크사이의 강한 결합으로 인하여 좋은 성능을 갖지 못하는 문제점이 있고, USP 5,075,525의 다중모드 억제필터는 차단가능한 전자파의 입사각을 약간 확장시켰지만 디자인이 복잡하고 쵸크의 사이즈가 크고 전자파의 입사각에 따른 감쇄율이 균일하지 않은 문제점이 있고, USP 4,700,034의 다중모드 억제필터는 기본파와 제2고조파를 감쇄시키지만 제한된 전자파의 입사각에서만 작용하고 구조가 매우 복잡하여 전체 오븐의 설계를 매우 어렵게하는 문제점이 있고, S.Ohkava,H.W atanabe,K.Kane이 제출한 논문 "High Resonance Door Seal for Microwave Oven" (Microwave Power Symposium Digest, 1978)의 필터는 설계가 복잡하고 같은 목적으로 사용된 다른 종류의 필터에 비해서는 약하지만 전자파의 입사각에 따라서 전력 전달계수가 달라짐으로 인하여 감쇄시킬 수 있는 전자파 입사각의 범위가 제한되는 문제점이 있다.

상기에서와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 가열공간으로 부터 전자파의 누설을 차단하는 장치로서 구조가 간단하고 가격이 싸고 동작특성이 좋고 안정성을 높일 수 있는 슬롯 도파관의 다중모드 억제필터를 만드는 전자레인지의 전자파 누설 차단장치를 제공함에 있다.

도1은 본 발명 전자레인지의 전자파 누설 차단장치 단면도.

도2는 도1에서, A-A단면을 보여주는 다중모드 억제필터의 회로 배열도.

도3은 도2에서, 다중모드 억제필터가 부분적으로 도어에 만들어진 홈에 위치한 경우를 보여주는 LC회로 배열도.

도4는 도1에서, 다중모드 억제필터가 완전히 슬롯 도파관에 위치한 경우를 보여주는 LC회로 배열도.

도5는 도1에서, 다중모드 필터가 부분적으로 챔버에 만들어진 홈에 위치한 경우를 보여주는 LC회로 배열도.

도6은 전자파의 입사각에 따른 전력 전달계수를 보여주는 전달 특성도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 마그네트론 2 : 공진기

3 : 챔버 4 : 개구부

5 : 도어 6 : 슬롯 도파관

7 : 다중모드 억제필터 8 : LC회로

9 : 홈 10 : 유전체

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명 전자레인지의 전자파 누설 차단장치 구성은, 도1에 도시한 바와같이, 전자파를 발생하는 마그네트론(1)과; 개구부(4)를 갖고, 전자파 에너지를 가열하기 위해 이용되는 공진기(2)의 챔버(3)와, 상기 개구부(4)를 개폐하도록 하고, 상기 개구부(4)의 주위를 감싸고, 닫혔을 때 상기 공진기 챔버(3)의 몸체와 함께 슬롯도파관(6)을 형성하는 도어(5)와; 상기 슬롯 도파관(6)의 캐비티내에 설치되어 전자파의 누설을 방지하는 다중모드 억제필터(7)로 구성한다. 그리고, 상기 다중모드 억제필터(7)는 직렬공진 연결되고, 상호결합이 약한 LC회로로 구성한다.

그리고, 상기 다중모드 억제필터(7)는 직렬공진 연결되고, 상호결합이 약한 LC회로로 구성한다.

또한 상기 다중모드 억제필터(7)는 집중정수소자로 이루어져 있다.

이와 같이 구성된 본 발명의 동작 및 작용효과에 대하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 물리 응용과 관련이 있고, 특히 유전물질의 전자파 가열에 이용하는 기구의 공진기에서 누설되는 전자파 에너지를 차폐하는 억제필터와 관련이 있고, 마이크로웨이브 오븐의 챔버로 부터의 누설을 막거나, 통신시스템, 레이다 기술, 실험실 장치등에 응용될 수 있다.

전자파 에너지의 누설을 다루는 문제는 큰 관심거리인데, 왜냐하면 가장 중요한 전자파 환경은 통신기기의 전자기적 양립성의 문제이고 전자파 장애가 일어나는 방해잡음의 레벨 문제이기 때문이다.

이 문제는 초고주파 장치가 과학 연구분야, 통신 시스템 이외의 음식 가공산업, 가정용 기기, 가정용 오븐과 같은 유전 가열장치등으로 이용이 확장되면서, 인간의 안전성과 관련되어 중요성을 갖게 되었다.

따라서 전자파의 누설을 최대한 억제하여야 하며, 이 전자파 누설의 억제를 위한 구조 및 그에따른 동작에 대하여 살펴보면 다음과 같다.

전자파 에너지원인 마그네트론(1)에서 전자파가 발생되면 그 전자파는 도어(5)와 맞추어지는 개구부(4)와 챔버(3)로 이루어진 공진기(2) 내부로 분포되어 있다.

상기에서 도어(5)는 개구부(4)의 여닫이를 위하여 장착된 것이고, 그 도어(5)의 테두리는 개구부(4)의 주위를 감사고 공진기(2)의 챔버(3)와 함께 슬롯 도파관(6)을 형성한다.

상기 공진기(2) 내부로 분포되어진 전자파는 슬롯 도파관(6)으로 임의의 각도를 가지고 입사하게 되고, 이 입사된 전자파는 슬롯 도파관(6)을 통해 다중모드 억제필터(7)로 전달되어 전자파가 억제된다.

상기에서 다중모드 억제필터(7)는, 도1 및 도2에서와 같이, 개구부(4)를 감싸는 폐 곡선상에서 설치됨을 알 수 있다.

상기 다중모드 억제필터(7)는 집중저수 소자로 이루어진 반면 LC회로간의 결합은 약하게 만들어져 있다.

또한 상기 다중모드 억제필터(7)는, 최소한 하나의 상호결합이 약한 직렬LC회로(8)를 가지며, 상기 직렬 LC회로(8)는 최소한의 경우에 부분적으로 슬롯 도파관(6)의 캐비티내에 있게 된다.

그리고 상기 직렬 LC회로(8)는, 도2에서와 같이, 부분적으로 홈(9)내에 위치하는데, 도3에서 같이 도어(5)에 형성된 홈(9)에 부분적으로 위치하고 슬롯 도파관(6)의 경우와 같이 유전체(10)에 의하여 채워진다.

상기에서와 같이 도어(5)에 형성됨 홈(9)에 직렬 LC회로(8)가 위치할 경우, 상기 직렬LC회로(8)의 캐패시터의 한 쪽 전극은 슬롯 도파관(6)의 한쪽 벽이 된다.

또한 특별한 경우로는, 도4에 도시한 바와 같이, 다중모드 억제필터(7)의 직렬LC회로(8)가 완전히 슬롯 도파관(6) 내에 위치할 경우, 이때의 직렬LC회로(8)의 캐패시터의 한 쪽 전극은 공진기(2)의 챔버(3)가 된다.

또다른 경우로는, 도5에 도시한 바와같이, 다중모드 억제필터(7)의 직렬LC회로(8)가 챔버(3)에 형성된 홈(9)내에 부분적으로 위치할한 경우 직렬LC회로(8)의 캐패시터의 한 쪽 전극은 도어(5)가 된다.

이상에서 설명한 바와 같이 직렬LC회로(8)는 부분적으로는 슬롯 도파관(6)에 위치하고, 부분적으로는 챔버(3)와 도어(5)에 만들어진 특별한 홈(9)에 위치한다.

이때 슬롯 도파관(6)과 홈(9)은 유전체(10)에 의하여 채워진다.

상기 유전체(10)는 폴리에틸렌이나 테프론등이 사용된다.

상기 직렬LC회로(8)의 결합계수는 억제필터(7)의 입사파의 입사각에 따른 전력전달의 의존성중 미리 결정된 전력전달 계수에 의하여 결정된다.

이제 다중모드 억제필터(7)의 동작을 살펴보면 다음과 같다.

개구부(4)가 도어(5)에 의하여 닫힐 때 전자파 에너지원인 마그네트론(1)은 다중모드 공진기(2)에 복잡한 형태의 필드 분포를 만들고, 평면파가 도어(5)와 공진기(2)의 챔버(3)에 의하여 형성된 슬롯 도파관(6)에 [0,π/2]의 각도를 가지고 임의로 입사하게 된다.

상기 평면파가 슬롯 도파관(6)을 지나서 다중모드 억제필드(7)로 전파하는 모드를 슬롯 도파관(6)에 여기한다.

그러면 상기 다중모드 억제필드(7)는 입사하게 평면파를 억제한다.

상기 슬롯 도파관(6)의 단면에 위치한 직렬LC회로(8)에 비스듬히 입사하는 입사파에 대한 전력 전달계수(T)는 다음의 관계에 의하여 정의된다.

T²=[(B/Kd)*(M/L)]²*[1-Cos{(kB/K)*Sin(θ)}]²…(1)

T : 에너지 전달계수 M : LC회로의 상호 인덕턴스

B : 다중모드 억제필터의 길이

L : LC회로의 인덕턴스 K : LC회로의 갯수

k : 2π/λ_i(λ_i는 억제할 전자파의 파장)

d : LC회로의 유효 단면적 θ : 다중모드 억제필터에의 입사각

상기 식(1)에 따르면 전력 전달이 최소가 되는 것은 직각으로 입사하는 경우임을 알 수 있다.

따라서, 전력 전달의 최소값은 M(LC회로간의 결합)을 줄이거나 LC회로의 L이나 LC회로의 수(K)를 늘림으로써 줄일 수 있다.

결국, 다중모드 억제필터(7)의 각 파라미터들을 최적화함으로써 입사각에 따른 전력 전달의 의존성을 최소화할 수 있을 뿐만 아니라 입사각의 전자파에 대하여 낮은 전달계수를 갖도록 할 수 있다.

파라미터1(1=B/K)의 각각 다른 값에 대하여 입사각에 따른 전력 전달의 의존성을 나타낸 도6에서 다중모드 억제필터(7)에 의하여 감쇄되는 입사파의 입사각의 범위를 넓힐 수 있음을 알 수 있다.

상기 도6에 나타난 것과 같이, 다중모드 억제필터(7)의 미리 정하여진 파라미터의 조건에서 전력 전달계수는 0.0001을 넘지않고 0.00001까지도 줄일 수 있다.

또한 입사각에 따른 의존성이 약하고, -90도에서 90도에 이르는 전구간에서 0.0001을 넘지 않음을 볼 수 있다.

적어도 한 결합회로의 시스템에서 LC회로는 차폐될 전자파 주파수에 튜닝하거나 전자파 주파수 부근의 다른 주파수에 튜닝시킴으로써 주파수 밴드를 넓힐 수 있고 필터의 사용 요구조건을 낮출 수 있다.

또한, 결합회로의 각기 다른 시스템의 LC회로를 각각 억제하기를 원하는 주파수 즉, 소스의 고조파에 해당하는 주파수에 튜닝시킴으로써 이들 주파수의 감쇄도 이룰 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 집중정수 소자를 포함한 약하게 결합된 직렬 LC회로를 갖는 다중모드 억제필터를 공진기의 개구부를 따라 설치되고 도어와 챔버로 이루어진 슬롯 도파관 내부에 부분적으로 위치하는 경우 다중모드 억제필터의 파라미터를 최적화할 수 있고 결국 넓은 입사 각도의 전자파의 투과를 작게할 수 있고, 입사 각도에 따른 투과 의존도를 최소화 할 수 있다.

슬롯 도파관의 한 쪽 벽 또는 공진기의 챔버나 도어는 최소 하나의 LC회로의 한 전극으로 사용됨으로써 다중모드 억제필터의 크기를 줄일 수 있고, 이 필터를 사용하는 장치의 전체적인 크기를 줄일 수 있다.

결합회로의 최소 하나의 LC회로를 차폐될 주파수의 근방에 튜닝함으로써 넓은 밴드 특성을 갖게 할 수 있고, 결합회로의 다른 시스템의 LC회로를 다른 공진주파수에 튜닝시킴으로써 즉, 에너지원의 고조파에 튜닝시킴으로써 이들 주파수에서의 차폐 특성을 향상시킨다.

이러한 기능에 의해 슬롯 도파관의 다중모드 억제필터의 성능을 높이려는 요구를 만족시킬 수 있고 간단하면서 가격이 싼 방법으로 오븐과 같은 유전물질 가열장치에 사용하여 공진기로 부터의 고주파 에너지의 누출을 막을 수 있도록 한 효과가 있다.

Claims (10)

1. 개구부를 갖고, 전자파 에너지의 가열을 위해 이용되는 공진기 챔버와; 상기 개구부를 개폐하도록 하고, 상기 개구부의 주위를 감싸고, 닫혔을 때 상기 공진기 챔버의 몸체와 함께 슬롯도파관을 형성하는 도어와; 상기 슬롯도파관의 캐비티안에 위치한 다중모드 억제필터를 포함하고; 상기 다중모드 억제필터는 직렬공진 연결되고, 상호결합이 약한 최소한 하나의 직렬 LC회로로 이루어진 것을 특징으로 하는 전자레인지의 전자파 누설 차단장치.
2. 제1항에 있어서, 다중모드 억제필터를 개구부를 감싸는 폐곡선상에 설치됨을 특징으로 하는 전자레인지의 전자파 누설 차단장치.
3. 제1항에 있어서, 직렬LC회로는 부분적으로 홈내에 위치하도록 함을 특징으로 하는 전자레인지의 전자파 누설 차단장치.
4. 제3항에 있어서, 홈은 도어에 형성가능함을 특징으로 하는 전자레인지의 전자파 누설 차단장치.
5. 제3항 또는 제4항에 있어서, 도어에 홈이 형성되는 경우 직렬LC회로는 그의 캐패시터의 한 쪽 전극이 슬롯 도파관의 벽이 되는 것을 특징으로 하는 전자레인지의 전자파 누설 차단장치.
6. 제3항에 있어서, 홈은 공진기 챔버에 형성가능하도록 함을 특징으로 하는 전자레인지의 전자파 누설 차단장치.
7. 제3항 또는 제6항에 있어서, 챔버에 홈이 형성되는 경우 직렬 LC회로는 그의 캐패시터의 한 쪽 전극이 도어가 되는 것을 특징으로 하는 전자레인지의 전자파 누설 차단장치.
8. 제1항에 있어서, 결합된 회로의 적어도 한 시스템내의 LC회로는 차폐할 전자파의 주파수에 튜닝되도록 함을 특징으로 하는 전자레인지의 전자파 누설 차단장치.
9. 제8항에 있어서, 결합된 회로의 적어도 한 시스템내의 LC회로는 차폐될 전자파 주파수 근처의 다른 주파수에 튜닝되도록 함을 특징으로 하는 전자레인지의 전자파 누설 차단장치.
10. 제8항에 있어서, 결합회로의 다른 시스템의 LC회로를 차폐하고자 하는 전자파 주파수에 튜닝되도록 함을 특징으로 하는 전자레인지의 전자파 누설 차단장치.