KR100238445B1 - 8단자 가변임피던스 전자파 발생장치를 이용한 전기장 및 자기장 발생 시스템 - Google Patents

8단자 가변임피던스 전자파 발생장치를 이용한 전기장 및 자기장 발생 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전자파 내성(EMS) 측정 분야에서 필요한 8단자 가변임피던스 전자파 발생 장치를 이용하여 저주파용 표준 자기장 및 전기장을 발생시키는 시스템에 관한 것으로, 종래 8단자 가변임피던스 전자파 발생 장치를 이용한 표준 자기장 및 전기장 발생 시스템은 저주파 대역(약 수백Hz∼10 MHz)에서 양단 종단으로 인해 그 만큼 전력 소비가 증가되는 기술적인 문제점을 가지고 있다. 이에 본 발명은 입사 전력의 유용도를 높여, 종전의 1/4 입사 전력으로도 같은 크기의 표준 자기장 및 전기장 발생이 가능하게 하고, 감쇠기가 포함된 종단기 1개 그리고 180도 위상 지연기 1 개로도 표준 자기장 및 전기장 발생시켜, 경제성이 있고 종전의 기술 보다도 간단하여 오차를 발생시킬 요소를 줄일 수 있게 한다.

Description

8단자 가변임피던스 전자파 발생장치를 이용한 전기장 및 자기장 발생 시스템
본 발명은 전자파 내성(EMS) 측정 분야에서 필요한 8단자 가변임피던스 전자파 발생 장치를 이용하여 저주파용 표준 자기장 및 전기장을 발생시키는 시스템에 관한 것이다.
종래 8단자 가변임피던스 전자파 발생 장치는 전자파 내성, 전자파 장해, 안테나 교정, 무선 기기 감도 측정 분야에 폭넓게 응용되기 위해 개발되었다. 특히 이러한 시설은 수직, 수평 편파를 갖는 전자파의 전파임피던스를 가변할 수 있는 기술 분야에 사용하기 편리하다. 종래 표준 자기장 및 전기장을 포함한 임의의 전파임피던스를 발생시키는 시스템은 양쪽 방향의 2단자 급전과 2단자 종단 방식으로 급전 단자의 전력양을 조절하여 가변시키는 기술이 있다. 이러한 기술은 고주파 대역(약10MHz ~ 500MHz) 에서 매우 큰 장점을 갖고 있다. 그러나 저주파 대역(DC ~ 10 MHz) 에서는 양단 종단으로 인해 그 만큼 전력 소비가 증가되는 기술적인 문제점을 가지고 있다. 또한 감쇠기가 포함된 종단기 4개 그리고 전력분배기 2개, 180도 위상 지연기 1개가 반드시 필요한 문제점을 갖고 있다.
따라서 본 발명은 상기한 종래의 문제점을 개선하기 위해, 전력의 유용도를 높이고 감쇠기가 포함된 종단기 1개로 수직 수평 편파를 갖는 자기장을 발생시키고, 180도 위상 지연기 1개를 설치하여 수직 수평 편파를 갖는 전기장 발생 시스템을 제공하는 데 그 목적이 있다.
도 1a는 종래의 8단자 가변임피던스 전자파 발생장치의 사시도.
도 1b는 종래의 8단자 가변임피던스 전자파 발생장치의 측단면도.
도 2a는 본 발명에 의한 8단자 가변임피던스 전자파 발생장치를 이용한 표준 자기장 발생을 위한 구성도.
도 2b는 본 발명에 의한 8단자 가변임피던스 전자파 발생장치를 이용한 표준 전기장 발생을 위한 구성도.
도 3a는 8단자 가변임피던스 전자파 발생장치를 이용한 본 발명에 의한 중심 영역에서 표준 자기장 발생 원리도.
도 3b는 8단자 가변임피던스 전자파 발생장치를 이용한 본 발명에 의한 중심 영역에서 표준 전기장 발생 원리도.
도 4는 8단자 가변임피던스 전자파 발생장치내에서 전기장 dB 편차도.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*
1 : 단자1 2 : 단자2
3 : 단자3 4 : 단자4
1' : 단자1' 2' : 단자2'
3' : 단자3' 4' : 단자4'
5 : 제 1 내부도체 6 : 제 2 내부도체
7 : 제 3 내부도체 8 : 제 4 내부도체
9 : 피시험 받침대 10 : 180도 위상지연기
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일실시예는 4개의 급전단자(단자1(1),단자2(2),단자3(3),단자4(4))를 갖는 좌측코넥터와, 상기 각각의 좌측급전단자에 각각의 내부도체를 통하여 연결되는 4개의 급전단자(단자1'(1'),단자2'(2'),단자3'(3'),단자4'(4'))를 갖는 우측 코넥터가 구비되어 전기파 및 자기파를 발생시키는 8단자 가변 임피던스 전자파 발생 장치에서, 상기 좌측커넥터는 상기 단자1(1)이 전력증폭기가 장착된 신호발생기에 연결되고, 상기 단자2(2)가 상기 단자3(3)에 연결되고, 상기 단자4(4)는 감쇠기가 장착된 종단기(50오옴)에 연결되게 구성하고, 상기 우측커넥터는 상기 단자1'(1')가 상기 단자3'(3')에 연결되고, 상기 단자4'(4')가 상기 단자2'(2')에 연결되게 구성하여, 수직 편파의 자기장 발생시키는 것을 특징으로 한다.
또 다른 실시예는 4개의 급전단자(단자1(1),단자2(2),단자3(3),단자4(4))를 갖는 좌측코넥터와, 상기 각각의 좌측급전단자에 각각의 내부도체를 통하여 연결되는 4개의 급전단자(단자1'(1'), 단자2'(2'), 단자3'(3'), 단자4'(4'))를 갖는 우측 코넥터가 구비되어 전기파 및 자기파를 발생시키는 8단자 가변 임피던스 전자파 발생 장치에서 상기 좌측커넥터는 상기 단자1(1)이 전력증폭기가 장착된 신호발생기에 연결되고, 상기 단자2(2)가 상기 단자3(3)에 연결되고, 상기 단자4(4)는 감쇠기가 장착된 종단기(50오옴)에 연결되게 구성하고, 상기 우측커넥터는 상기 단자1'(1')가 상기 단자2'(2')에 연결되고, 상기 단자3'(3')가 상기 단자4'(4')에 연결되게 구성하여 수평 편파의 자기장을 발생시키는 것을 특징으로 한다.
또 다른 실시예는 4개의 급전단자(단자1(1),단자2(2),단자3(3),단자4(4))를 갖는 좌측코넥터와, 상기 각각의 좌측급전단자에 각각의 내부도체를 통하여 연결되는 4개의 급전단자(단자1'(1'),단자2'(2'),단자3'(3'),단자4'(4'))를 갖는 우측 코넥터가 구비되어 전기파 및 자기파를 발생시키는 8단자 가변 임피던스 전자파 발생 장치에서 상기 좌측커넥터는 상기 단자1(1)이 전력증폭기가 장착된 신호발생기에 연결되고, 상기 단자2(2)가 180도 위상지연기(10)를 거쳐 상기 단자3(3)에 연결되며, 상기 단자4(4)는 감쇠기가 장착된 종단기(50오옴)에 연결되게 구성하고, 상기 우측커넥터는 상기 단자1'(1')가 상기 단자3'(3')에 연결되고, 상기 단자4'(4')가 상기 단자2'(2')에 연결되게 구성하여 수직 편파의 전기장을 발생시키는 것을 특징으로 한다.
또 다른 실시예는 4개의 급전단자(단자1(1),단자2(2),단자3(3),단자4(4))를 갖는 좌측코넥터와, 상기 각각의 좌측급전단자에 각각의 내부도체를 통하여 연결되는 4개의 급전단자(단자1'(1'),단자2'(2'),단자3'(3'),단자4'(4'))를 갖는 우측 코넥터가 구비되어 전기파 및 자기파를 발생시키는 8단자 가변 임피던스 전자파 발생 장치에서 상기 좌측커넥터는 상기 단자1(1)이 전력증폭기가 장착된 신호발생기에 연결되고, 상기 단자2(2)가 180도 위상 지연기(10)를 거쳐 상기 단자3(3)에 연결되고, 상기 단자4(4)는 감쇠기가 장착된 종단기(50오옴)에 연결되게 구성하고, 상기 우측커넥터는 상기 단자1'가 상기 단자2'(2')에 연결되고, 상기 단자3'(3')는 상기 단자4'(4')에 연결되게 구성하여 수평 편파의 전기장을 발생시키는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 사용되는 8단자 가변임피던스 전자파 발생장치의 구조를 살펴보면 다음과 같다. 도 1a에 도시된 바와 같이 좌측에는 단자1(1), 단자2(2), 단자3(3), 단자4(4)인 4개의 코넥터가 연결되어 있다. 또한 단자1의 내심은 제 1 내부도체(5)와 연결되고, 단자2의 내심은 제 2 내부도체(6)와 연결되고, 단자3의 내심은 제 3 내부도체(7)와 연결되고, 단자4의 내심은 제 4 내부도체(8)와 연결된다. 도 1a에는 도시되어 있지 않지만, 도 1a에서 우측에는 좌측처럼 4개의 코넥터가 연결되어 있는 데, 제 1 내부도체와 연결되는 단자 1', 제 2 내부도체와 연결되는 단자 2', 제 3 내부도체와 연결되는 단자 3', 제 4 내부도체와 연결되는 단자 4'로 구성되어 있다.
이러한 구조를 갖는 8단자 가변 임피던스 전자파 발생 장치를 이용하여 상기 목적을 달성하기 위한 시스템의 구성도는 다음과 같다.
우선 표준 자기장 발생을 위한 구성도를 살펴보면, 도 2a와 같다.
수직편파를 발생키 위해서는 단자1은 전력증폭기가 장착된 신호발생기와 연결하고, 단자2는 단자3과 연결하며, 단자4는 감쇠기가 장착된 종단기(50오옴)와 연결한다. 또한 우측에 있는 단자1'(1')는 단자3'(3')와 연결하고, 단자4'(4')는 단자2'(2')와 연결한다. 이렇게 연결하는 이유는 다음의 원리에 의해 만든 것이다. 도 3a에 도시된 바와 같이 단자1에서 입력된 전력은 8단자 가변 임피던스 전자파 발생 장치 내부의 제 1 내부도체(5)를 여기시켜 TEM 모드의 전기장 E1, 자기장 H1을 발생시킨다. 그 방향은 도 3a의 수직 편파 란에 표시한 것처럼 중심영역에서 플레밍의 오른손 나사 법칙에 의거 그 방향이 결정된다. 또한 제 1 내부도체(5)에 흐르는 전류는 감쇠없이 단자1'-->단자3'를 거쳐 제 3 내부도체를 여기시키며, 그때의 전류 방향은 반대 방향으로 발생한다. 그때의 제 3 내부도체(7)에서 전위차는 변함이 없으므로 제 3 내부도체에 의해 발생되는 전기장 E3는 내부도체에서 외부도체 방향으로 향하고, 자기장 H3은 제 1 내부도체에 의해 유기되는 전파 전달 방향과 반대 방향으로 진행되므로 중심에서 도 3 a에 도시된 바와 같이 같은 방향으로 발생하게 된다. 제 3 내부도체(7)에 흐르는 전류는 단자3-->단자2를 거쳐 제 2 내부도체(6)를 여기시키는데, 이로 인해 내부에는 도 3a에 도시된 방향의 전기장 E2, 자기장 H2를 발생시킨다. 또한 제 2 내부도체(6)에 흐르는 전류는 단자2'-->단자4'를 거쳐 제 4 내부도체(8)를 여기시키는데, 이로 인해 내부에는 도 3a에 도시된 방향의 전기장 E4, 자기장 H4를 중심영역에서 발생시킨다. 주파수 대역이 낮고, 손실이 없을 경우, 도 3에 도시된 바와 같이 전기장은 영이 되고, 자기장은 4배로 증가된 Y성분 즉 수직 편파 성분이 발생됨을 볼 수가 있다.
수평 편파를 갖는 자기장을 발생키 위해서는 도 2a에 도시된 바와 같이 단자1은 전력증폭기가 장착된 신호발생기와 연결하고, 단자2는 단자3과 연결하며, 단자4는 감쇠기가 장착된 종단기(50오옴)와 연결한다. 또한 우측에 있는 단자1'(1')는 단자2'(2')와 연결하고, 단자3'(3')는 단자4'(4')와 연결한다.
이때 제 1 내부도체 여기에 의해 발생되는 TEM 모드의 전기장 E1, 자기장 H1, 제 2 내부도체 여기에 의해 발생되는 TEM 모드의 전기장 E2, 자기장 H2, 제 3 내부도체 여기에 의해 발생되는 TEM 모드의 전기장 E3, 자기장 H3, 그리고 제 4 내부도체 여기에 의해 발생되는 TEM 모드의 전기장 E4, 자기장 H4은 중심영역에서 도 3a에 도시된 방향을 갖는다. 도 3a에 도시된 바와 같이 중첩의 원리에 의거, 자기장은 4배로 증가된 X성분, 즉 수평 편파 자기장만 중심영역에서 발생하게 된다.
표준 전기장 발생을 위한 구성도를 살펴보면, 도 2b와 같다.
수직편파를 발생키 위해서는 단자1은 전력증폭기가 장착된 신호발생기와 연결하고, 단자2(2)는 180도 위상지연기(10)를 거쳐 단자3(3)과 연결하며, 단자4(4)는 감쇠기가 장착된 종단기(50오옴)와 연결한다. 또한 우측에 있는 단자1'(1')는 단자3'(3')와 연결하고, 단자4'(4')는 단자2'(2')와 연결한다. 이렇게 연결하는 경우, 도 3b에 도시된 바와 같이 단자1에서 입력된 전력은 8단자 가변 임피던스 전자파 발생 장치 내부의 제 1 내부도체(5)를 여기시켜 TEM 모드의 전기장 E1, 자기장 H1을 발생시킨다. 그 방향은 도 3b의 수직 편파 란에 표시한 것처럼 중심영역에서 플레밍의 오른손 나사 법칙에 의거 그 방향이 결정된다. 또한 제 1 내부도체(5)에 흐르는 전류는 감쇠없이 단자1'-->단자3'를 거쳐 제 3 내부도체를 여기시키며, 그때의 전류 방향은 반대 방향으로 발생한다. 그때의 제 3 내부도체(7)에서 전위차는 변함이 없으므로 제 3 내부도체에 의해 발생되는 전기장 E3는 내부도체에서 외부도체 방향으로 향하고, 자기장 H3은 제 1 내부도체에 의해 유기되는 전파의 전달 방향과 반대 방향으로 진행되므로 중심에서 제 3도(나)와 같은 방향으로 발생하게 된다. 제 3 내부도체(7)에 흐르는 전류는 단자3(3)--> 180도 위상 지연기(10)-->단자2를 거쳐 제 2 내부도체(6)를 여기시키는데, 이로 인해 내부에는 도 3b에 도시된 바와 같이 상기 자기장 발생시(도 3a와는 달리), 내부도체와 외부도체와의 전위차가 바뀌어서 전기장 E2는 외부도체에서 제 2 내부도체(6)로 향하는 분극을 갖게된다. 그러나 자기장 H2은 전자파의 진행 방향이 좌측에 우측으로 향하므로 도 3b에 도시된 방향으로 분극을 발생시킨다. 또한 제 2 내부도체(6)에 흐르는 전류는 단자2'-->단자4'를 거쳐 제 4 내부도체(8)를 여기시키는데, 같은 원리에 의해 내부에는 도 3b에 도시된 방향의 전기장 E4, 자기장 H4를 중심영역에서 발생시킨다. 주파수 대역이 낮고, 손실이 없을 경우, 도 3에 도시된 바와 같이 자기장은 영이 되고, 전기장은 4배로 증가된 Y성분 즉 수직 편파 성분이 발생됨을 볼 수가 있다.
수평 편파를 갖는 전기장을 발생키 위해서는 도 2b에 도시된 바와 같이 단자1은 전력증폭기가 장착된 신호발생기와 연결하고, 단자2는 180도 위상 지연기(10)를 거쳐 단자3(3)과 연결하며, 단자4(4)는 감쇠기가 장착된 종단기(50오옴)와 연결한다. 또한 우측에 있는 단자1'(1')는 단자2'(2')와 연결하고, 단자3'(3')는 단자4'(4')와 연결한다.
이때 제 1 내부도체 여기에 의해 발생되는 TEM 모드의 전기장 E1, 자기장 H1, 제 2 내부도체 여기에 의해 발생되는 TEM 모드의 전기장 E2, 자기장 H2, 제 3 내부도체 여기에 의해 발생되는 TEM 모드의 전기장 E3, 자기장 H3, 그리고 제 4 내부도체 여기에 의해 발생되는 TEM 모드의 전기장 E4, 자기장 H4는 같은 원리에 의해 중심영역에서 도 3의 b에 도시된 방향을 갖는다. 도 3b에 도시된 바와 같이 중첩의 원리에 의거, 전기장은 4배로 증가된 X성분, 즉 수평 편파 전기장만 중심영역에서 발생하게 된다.
이러한 전기장/자기장이 표준으로 사용하기 위해서는 반드시 균일한 분포를 가져야만 한다. 국제 규격인 IEC, CISPR, EN 에서 정의하고 있는 균일도(uniformity)는 전자파 내성을 측정하기 위해서는 +/- 3dB 내에 있어야만 한다고 규정하고 있다. 상기 측정 방식으로 전기장 및 자기장을 발생시켰다 하더라도 이러한 조건을 만족하지 않으면 표준으로 사용할 수가 없다. 이러한 특성 여부를 관찰하기 위해 특정 모델인 1.2m*1.2m*2.4m이고 50오옴형인 8단자 가변임피던스 전자파 발생 장치에 대한 전기장 및 자기장 분포도를 조사하였다. 그 수직 편파를 갖는 전기장 결과를 도 4 에 나타내었다(수직 편파 자기장도 동일한 결과를 나타냄.). 상기에서 처럼 +/- 3dB를 갖는 균일장 영역(제4도 중심의 실선)은 0.37m*0.37m를 갖고 있으며, 특히 +/- 1dB 점유 영역이 약 0.3m*0.3m에 이르는 특성을 갖고 있어, 양질의 표준 전기장/자기장 발생이 구현되었음을 볼 수가 있다. 또한 제 3 도에서 볼 수 있듯이, 종래 8단자 가변임피던스 전자파 발생 장치를 이용한 임의의 전파임피던스를 갖는 시스템에 비해 동일한 총 입사 전력으로, 2배의 강도를 갖는 전기장 /자기장 을 발생시킬 수 있음을 볼 수가 있다. 즉 동일한 크기의 자기장을 발생시, 본 발명에서는 1/4 배의 전력만 있어도 가능한 것이다. 또한 8단자 가변임피던스 전자파 발생장치의 구조가 대칭적인 구조를 갖기 때문에 수평 편파의 전기장/ 자기장도 상기와 같은 결과를 나타낼 것이다.
본 발명에 의하면 입사 전력의 유용도를 높여, 작은 입사 전력으로도 높은 표준 자기장 및 전기장 발생이 가능하게 되었고, 또한 종전에는 감쇠기가 포함된 종단기 4개 그리고 전력분배기 2개, 180도 위상 지연기 1개가 반드시 필요하던 것을 감쇠기가 포함된 종단기 1개 그리고 180도 위상지연기 1 개로도 표준 자기장 및 전기장 발생 가능하여, 경제성을 갖추는 효과가 있다. 또한 본 발명에 의한 표준 자기장 및 표준 전기장을 발생시키는 시스템은 종전의 기술 보다도 간단하여 교정 혹은 전자파 내성 측정 시 매우 큰 오차율을 줄이는 효과를 제공한다.

Claims (4)

  1. 4개의 급전단자(단자1(1),단자2(2),단자3(3),단자4(4))를 갖는 좌측코넥터와, 상기 각각의 좌측급전단자에 각각의 내부도체를 통하여 연결되는 4개의 급전단자(단자1'(1'),단자2'(2'),단자3'(3'),단자4'(4'))를 갖는 우측 코넥터가 구비되어 전기파 및 자기파를 발생시키는 8단자 가변 임피던스 전자파 발생 장치에 있어서,
    상기 좌측커넥터는,
    상기 단자1(1)이 전력증폭기가 장착된 신호발생기에 연결되고, 상기 단자2(2)가 상기 단자3(3)에 연결되고, 상기 단자4(4)는 감쇠기가 장착된 종단기(50오옴)에 연결되게 구성하고,
    상기 우측커넥터는,
    상기 단자1'(1')가 상기 단자3'(3')에 연결되고, 상기 단자4'(4')가 상기 단자2'(2')에 연결되게 구성하여, 수직 편파의 자기장 발생시키는 것을 특징으로 하는 8단자 가변임피던스 전자파 발생장치를 이용한 전기장 및 자기장 발생 시스템.
  2. 4개의 급전단자(단자1(1),단자2(2),단자3(3),단자4(4))를 갖는 좌측코넥터와, 상기 각각의 좌측급전단자에 각각의 내부도체를 통하여 연결되는 4개의 급전단자(단자1'(1'), 단자2'(2'), 단자3'(3'), 단자4'(4'))를 갖는 우측 코넥터가 구비되어 전기파 및 자기파를 발생시키는 8단자 가변 임피던스 전자파 발생 장치에 있어서,
    상기 좌측커넥터는,
    상기 단자1(1)이 전력증폭기가 장착된 신호발생기에 연결되고, 상기 단자2(2)가 상기 단자3(3)에 연결되고, 상기 단자4(4)는 감쇠기가 장착된 종단기(50오옴)에 연결되게 구성하고,
    상기 우측커넥터는,
    상기 단자1'(1')가 상기 단자2'(2')에 연결되고, 상기 단자3'(3')가 상기 단자4'(4')에 연결되게 구성하여 수평 편파의 자기장을 발생시키는 것을 특징으로 하는 8단자 가변임피던스 전자파 발생장치를 이용한 전기장 및 자기장 발생 시스템.
  3. 4개의 급전단자(단자1(1),단자2(2),단자3(3),단자4(4))를 갖는 좌측코넥터와, 상기 각각의 좌측급전단자에 각각의 내부도체를 통하여 연결되는 4개의 급전단자(단자1'(1'),단자2'(2'),단자3'(3'),단자4'(4'))를 갖는 우측 코넥터가 구비되어 전기파 및 자기파를 발생시키는 8단자 가변 임피던스 전자파 발생 장치에 있어서,
    상기 좌측커넥터는,
    상기 단자1(1)이 전력증폭기가 장착된 신호발생기에 연결되고, 상기 단자2(2)가 180도 위상지연기(10)를 거쳐 상기 단자3(3)에 연결되며, 상기 단자4(4)는 감쇠기가 장착된 종단기(50오옴)에 연결되게 구성하고,
    상기 우측커넥터는,
    상기 단자1'(1')가 상기 단자3'(3')에 연결되고, 상기 단자4'(4')가 상기 단자2'(2')에 연결되게 구성하여 수직 편파의 전기장을 발생시키는 것을 특징으로 하는 8단자 가변임피던스 전자파 발생장치를 이용한 전기장 및 자기장 발생 시스템.
  4. 4개의 급전단자(단자1(1),단자2(2),단자3(3),단자4(4))를 갖는 좌측코넥터와, 상기 각각의 좌측급전단자에 각각의 내부도체를 통하여 연결되는 4개의 급전단자(단자1'(1'),단자2'(2'),단자3'(3'),단자4'(4'))를 갖는 우측 코넥터가 구비되어 전기파 및 자기파를 발생시키는 8단자 가변 임피던스 전자파 발생 장치에 있어서,
    상기 좌측커넥터는,
    상기 단자1(1)이 전력증폭기가 장착된 신호발생기에 연결되고, 상기 단자2(2)가 180도 위상 지연기(10)를 거쳐 상기 단자3(3)에 연결되고, 상기 단자4(4)는 감쇠기가 장착된 종단기(50오옴)에 연결되게 구성하고,
    상기 우측커넥터는,
    상기 단자1'(1')가 상기 단자2'(2')에 연결되고, 상기 단자3'(3')는 상기 단자4'(4')에 연결되게 구성하여 수평 편파의 전기장을 발생시키는 것을 특징으로 하는 8단자 가변임피던스 전자파 발생장치를 이용한 전기장 및 자기장 발생 시스템.
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