KR100238446B1 - 회전형 결합 전송 선로 셀 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 전자파 내성(EMS) 측정 및 불요 전자파(EMI) 측정, 프로브 교정등에서 필요한 표준 전자파(평면파, 자기파, 전기파)를 발생시키는 시설인 회전형 결합 전송 셀 에 관한 것으로, 종래의 회전형 원통티이엠셀은 내부도체가 1개를 갖는 2 Port 구조를 갖게 되므로 인해 임의의 전파임피던스를 갖는 표준 전자파를 발생시킬 경우, 순환파의 발생으로 오차율이 높은 문제점이 있다. 이에 본 발명은 내부도체 2개를 설치하여 4 Port 구조를 갖게 하여 임의의 전파임피던스를 갖는 표준 전자파 발생시, 순환파의 발생을 억제시켜 정확한 표준전자파가 발생하게 하고, 임의의 분극 및 임의의 조사 방향을 조절할 수 있게 하며, 내부도체에 대해 홀수 모드 급접시 기존 회전형 원통 티이엠셀에 비해 3배의 높은 균일도를 갖는 표준 전자파(원역장, 특성임피던스:377옴) 조성이 가능하였으며, 내부에 " ㄱ " 자형 피시험체 받침대를 설치시켜 분극의 조절 폭을 크게 할 수 있게 하였다.

Description

회전형 결합 전송 선로 셀
본 발명은 전자파 내성(EMS) 측정 및 불요 전자파(EMI) 측정, 프로브 교정등에서 필요한 표준 전자파(평면파, 자기파, 전기파)를 발생시키는 시설인 회전형 결합 전송 셀 에 관한 것이다.
기존 티이엠셀의 시설로는 크로포드 티이엠셀 (Crawford TEM cell), GTEM cell (Giga-Hertz TEM cell), TTEM cell (Triple TEM cell), WTEM cell (Wire TEM cell), 개량형 GTEM cell, 자동측정용 티이엠셀 등 종류가 많으나 이들은 크게 2종류로 구분할 수가 있다. GTEM cell, WTEM cell, TTEM cell, 개량형 GTEM cell 등과 같이 한쪽면에 만 입출력 단자들이 존재하는 "한단 티이엠셀"과 크로포드 티이엠셀, 비대칭형 티이엠셀, 자동측정용 티이엠셀, 6단자 티이엠셀 등과 같이 양쪽면에 입출력 단자들이 존재하는 "양단 티이엠셀"로 구분할 수가 있다. 이들 모두 불요 전자파 측정, 전자파 내성 측정, 안테나 교정 등에 활용되나 전자는 원역장에 대한 시험만이 가능하고 후자는 원역장은 물론 근역장 시험에 대해서도 지원할 수가 있으며, 특히 전자파 장해 측정시 각 직교성분의 다이폴항을 전자는 측정이 불가능하고 후자는 가능하므로 이들은 서로 다르다고 볼 수가 있다. 특히 양단 티이엠셀 중에서 분극 조절이 가능한 기존 시설로는 조립식원통티이엠셀, 자동측정용 티이엠셀, 6단자 티이엠셀, 8단자 가변 임피던스 전자파 발생장치, 회전형 원통티이엠셀이 있으나, 이들 중에서 조립식 원통티이엠셀 및 회전형 원통티이엠셀을 제외한 모든 시설은 특정 분극 (45도, 90도, 135도)에 대한 표준전자파 발생이 가능하며, 임의의 분극을 갖는 표준전자파 발생이 불가능하다. 임의의 분극을 조성하는 기술은 전자파 내성 및 전자파 장해 측정시 매우 중요하며 필수적인 기술이다. 회전형 원통티이엠셀은 조립식 원통티이엠셀이 가지고 있는 조성 분극의 범위가 좁은 문제점과 피조사체가 놓이는 균일장영역 (uniform area) 이 좁은 문제점 및 각도 조절의 정확도를 개선시킨 모델이다. 그러나 이러한 모델은 한개의 내부도체가 놓이므로 해서, 2 Port 구조를 갖게 되므로 인해 도 5 의 a에 도시된 바와 같이 내부의 전자계에 대한 균일도 (uniformity) 를 높이는 기술이 제한을 받으며, 임의의 전파임피던스를 갖는 표준전자파 (자기파, 전기파 등) 를 발생시킬 경우, 순환파 (circulating transmission wave) 의 발생으로 인해 정확도를 떨어지는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명에서는 이러한 기술적인 문제점을 제거하기 위해, 두개의 내부도체를 상하로 설치하여 균일장 영역에서 발생하는 표준전자파의 균일도를 높였으며, 임의의 전파임피던스를 갖는 표준원역장 조성시 2 port 시스템으로 인해 필연적으로 발생되는 순환파의 발생을 제거하여 정확도가 높은 회전형 결합 전송 셀을 제공함에 그 목적이 있다.
도 1 은 본 발명에 의한 회전형 결합 전송 셀을 개략적으로 나타낸 사시도.
도 2 는 본 발명에 의한 회전형 결합 전송 셀의 평단면도.
도 3 은 본 발명에 의한 회전형 결합 전송 셀의 정단면도.
도 4 는 본 발명에 의한 회전형 결합 전송 셀의 측단면도.
도 5의 a는 종래 회전형 원통 티이엠셀 내부에서 중심점에 전계치에 대해 정규화한 상대 전계치의 특성도.
도 5의 b는 본 발명에 의한 회전형 결합전송셀 내부에서 중심점에 전계치에 대해 정규화한 상대 전계치의 특성도.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*
1 : 피시험체 영역 2 : 테이퍼 영역
3 : 동축코넥터 이음매 영역 4 : 제 1 외부도체
5 : 제 2 외부도체 6 : 제 3 외부도체
7 : 제 4 외부도체 8 : 제 1 N형 동축코넥터
9 : 제 2 N형 동축코넥터 10 : 제 3 N형 동축코넥터
11 : 제 4 N형 동축코넥터 12 : 받침대
13 : 문 14 : 차폐창
15 : 피시험받침대 16 : 제 1 내부도체
17 : 제 2 내부도체 18 : 내부유전체
19 : 제 1 베어링 20 : 제 2 베어링
21 : 링 22 : 지지용 암컷나사
23 : 회전원판 24 : 원판 지지판
25 : 제 3 베어링
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 회전형 결합 전송 셀은 외부의 전자파를 차단하는 외부도체관과, 상기 외부도체관내에 피조사체를 위치시키는 피조사체 테이블과 상기 피조사체 테이블에 전자파를 발생시키기 위한 전자파 발생용 내부도체부와 상기 전자파 발생용 내부도체부에 전원을 공급하도록 상기 외부도체관의 양측에 설치된 전원공급부인 동축코넥터 이음매 영역으로 구성하여 각종 전자파측정을 위해 표준 전자파를 발생시키게 하되, 상기 내부 도체부는 4포트를 갖도록 서로 마주보는 한쌍으로 회전가능하게 설치되며, 상기 한쌍의 내부도체부를 회전시키기 위한 구동축이 외부에 설치되어 손으로 조절가능하게 하였고, 상기 피조사체 테이블은 "ㄱ"형의 회전탁자가 부착되게하여 상기 한쌍의 내부도체부의 회전각도를 최대로 되게 하며, 상기 전원공급부는 제 1 베어링, 제 2 베어링이 계단식 직렬로 연속해서 설치되거나 링이 설치되게하여 상기 내부도체부를 회전시키기 위한 구조에서 필연적으로 발생되는 전자파누설을 방지할 수 있게 하며, 상기 내부도체부는 홀수 모드 급전방식에 입각한 임피던스 정합되도록 내부도체의 폭을 설정하도록 구성된 것을 특징으로 한다.
본 발명의 회전형 결합 전송 셀에 대한 구조를 편의상 크게 3가지로 구분하여 살펴 볼 수가 있다. 첫째로 피조사체가 놓이는 시험 영역(1)과, 동축케이블 코넥터와 본체가 연결되는 동축코넥터 이음매 영역부(3)와, 상기 시험영역(1)과 동축코넥터 이음매 영역부(3)를 연결하는 테이퍼 영역부(2)로 구분 할 수가 있다.
시험영역(1)은 도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이 제 1 내부도체(16)와 제2내부도체(17), 제 4 외부도체(7)와, 문(13)과, 피조사체의 상태를 관찰하기 위한 차폐창(14)이 설치되며, 피시험체가 고정배치되는 피시험체 받침대(15)와, 몸체 전체를 받치고 있는 받침대(12)로 구성된다. 도 4의 측단면도에 도시된 바와 같이 제 1 내부도체(16)와 제 2 내부도체(17)가 상하로 설치되어, 균일장 영역(IEC1000-4-3: 내부도체와 외부도체간의 1/3 중심영역)을 확보 하였다. 이 영역에서는 크기와 가용주파수간에 반비례적인 관계가 있다. 즉 크기가 크면 차단주파수가 낮아져서 그 만큼 가용주파수는 낮아지는 문제점을 가지고 있다. 차단주파수 이상에서는 TEM 모드의 전자파 (평면파)가 왜곡되기 때문에 각종 전자파 내성 측정 관련 국제 규격 (IEC,CISPR,EN등) 에서는 사용하지 말 것을 권유하고 있다. 그러므로 외부도체의 크기가 고정된 경우 일정 균일도 이상을 갖는 균일장 영역의 최대확보는 매우 중요하다. 또한 모든 구조는 일반 동축케이블의 특성임피던스 (주로 50오옴) 로 정합시켜야 하기 때문에 제 1 내부도체와 제 2 내부도체의 위치가 고정되면 내부도체의 폭이 결정되어야 한다. 그러나 이러한 다중 전송 선로 구조에서는 특성임피던스가 각 단자의 입력 전압과 일정한 관계를 갖게 되므로, 각 단자의 입력 전압과 무관하게 임피던스 정합을 하기 위해서는 내부도체간의 결합양 (coupling) 을 작게 해야만 한다. 상기 구조에서는 내부도체간의 거리를 멀리 떨어지게 위치하므로서 결합양을 줄일 수 있다.
1단자와 2단자 사이에 홀수 모드 (odd mode, out of phase) 급전시 내부도체의 위치에 따라 50오옴의 특성임피던스를 갖기 위한 내부 도체 폭 (단 내부도체의 두께를 매우 작다고 가정하였음)에 대한 수치 해석 결과치 (실험치와 매우 일치하고 있음)를 표 1에 나타내었다.
50Ω 특성임피던스를 갖기 위한 회전형 결합 전송 셀의 내부도체(16,17)의 반경(r2:중심으로부터 떨어진 거리)에 따른 내부도체 현의 각도 및 외부도체 반경(r)이 1 m인 구조에서 제 1 내부도체(16), 제 2 내부도체(17)에 각각 1, -1V를 인가시 중심점에서의 전계강도(단,r는 외부도체반경).
내부도체반경(r2/r) 내부도체현의 각도 중심점에서전계(v/m) 내부도체반경(r2/r) 내부도체현의 각도 중심점에서전계(v/m)
.700 91.939 1.499 .843 46.581 .782
.710 89.037 1.453 .852 43.563 .732
.719 86.099 1.407 .862 40.560 .683
.729 83.130 1.361 .871 37.563 .633
.738 80.134 1.315 .881 34.563 .584
.748 77.117 1.268 .890 31.575 .534
.757 74.082 1.220 .900 28.645 .485
.767 71.034 1.173 .909 25.811 .436
.776 67.977 1.124 .919 23.033 .388
.786 64.914 1.076 .928 20.165 .340
.795 61.849 1.028 .938 17.029 .290
.805 58.785 .979 .947 13.723 .238
.814 55.723 .930 .957 10.841 .185
.824 52.666 .881 .966 8.821 .135
.833 49.617 .831 .976 7.556 .091
상기 데이타는 외부 도체의 반경을 1m로 고정했을 때의 데이타이다.
도 5의 a와 b는 외부도체 반경이 1m이고 중심점에서 내부도체간의 최소거리가 0.8 m인 50오옴 특성임피던스를 갖는 상태에서 종래와 본 발명에 의한 전계치의 특성을 비교한 것이다.
즉, 도 5의 a는 종래의 회전형 원통 티이엠셀 내부에서 중심점에 전계치에 대해 정규화한 상대 전계치의 특성도를 나타내며, 도 5의 b는 본 발명에 의한 회전형 결합전송셀 내부에서 중심점에 전계치에 대해 정규화한 상대 전계치의 특성도를 나타낸다.
또한 이 영역에서 균일장 영역의 전자파 균일도는 내부도체가 어느 지점에 위치하는가에 따라 매우 다른 값을 갖는다. 즉 2개의 내부도체가 멀리 위치할수록 표1 에서 처럼 내부도체 폭이 작아져서 균일도가 떨어지는 문제점을 갖는다. 내부도체간의 최소 거리가 0.8 m인 50오옴 특성임피던스를 갖는 기존 회전형 원통티이엠셀에 대해서, 중심점의 전계치에 대해 정규화한 상대 전계치 편차 분포도 결과를 도 5의 a에 나타내었다. 또한 동일 크기 갖는 본 발명의 회전형 결합전송셀의 결과치도 도 5의 b에 나타내었다. +/- 3dB 영역이 종래의 회전형 원통이엠셀은 0.21m*0.21m인 반면, 본 발명의 회전형 결합전송셀은 0.8m*0.8m로 균일도가 매우 높아졌음을 볼 수 있다. 균일도가 약 3배 가량 개선되어 보다 양질의 표준 전자파를 발생시킬 수 있음을 볼 수 있다.
시험영역(1)에 설치된 피시험체 받침대(15)를 살펴보면, 피시험체가 설치되는 회전원판(23)이 회전가능하도록 원판 지지판(24)과 분리되고 그 사이에 제 3 베어링 (24)을 설치하여 회전을 원활히 할 수 있도록 하였다. 단 제 3 베어링은 전자파 산란을 줄이기 위해 세라믹처럼 비도전체인 단단한 물질로 만든 베어링이 설치된다. 그리고 이는 도 4의 측단면도에 도시된 바와 같이 "ㄱ" 자형으로 설치되어 내부도체 회전시, 최대 회전 각도를 확보할 수 있도록 설치하였다. 일반 회전 탁자 설치시 수직 분극에 대한 표준 전자파 발생이 불가능한 문제점을 보완한 것이다. 피시험체 받침대(15) 재질은 산란에 의한 영향을 최소로 하기 위해 모두 테프론, 플라스틱 등처럼 비도전성 물질로 만들어져야만 한다. 회전원판(23) 및 원판 지지판(24)은 사용이 편하도록 피시험체의 회전 각도, 피시험체 위치가 표시될 수 있도록 내부에 눈금을 새겨 놓았다.
동축코넥터 이음매 영역(3)은 동축케이블과 셀의 몸체를 연결시켜주는 기능 이외에도 제 1 내부도체(16)와 제 2 내부도체(17)를 제 4 외부도체(7)와 분리 회전시킬 수 있도록 한 기능이 포함되어 있다. 즉 피시험 받침대가 전자파의 조사 방향을 조절하는 것처럼 이는 전자파의 분극을 조절하기 위해 내부도체들의 위치를 변경시킬 수 있도록 하였다.
이는 도 4의 측면도에서 처럼 제 4 외부도체 (7)의 중심을 축으로 하여 제 1 내부도체(16) 와 제 2 내부도체(17)를 동시에 회전시킬 경우, 전체적인 구조의 변형이 없이 일정한 형태를 갖으므로 특성임피던스가 일정하게 항상 일정하게 유지된다. 이러한 특성을 이용하여 착안된 것이다. 이렇듯이 내부도체들을 회전시키기 위한 구조를 살펴보면 다음과 같다. 우선 구동축이 있는 제 1 외부도체(4) 는 제 2 외부 도체(5)와 분리 회전되며, 이는 제 1 내부도체 (16) 과 제 2 내부도체 (17)를 지지해주는 내부유전체 (18)과 연결되고, 동시에 제 1 내부 도체 와 제 2 내부 도체와 연결되며, 반대 편에도 이와 대칭적으로 배치되므로 인해서 양편에 놓인 제 1 외부도체(4)을 회전시 제 1, 2 내부도체가 같은 각도로 회전된다. 제 1 외부도체(4)와 제 2 외부도체 (5) 사이의 회전이 원활이 되도록 제 1 베어링(19) 와 제 2 베어링 (20)이 설치 되며 제 2 도에서 처럼 이들을 계단식으로 설치하므로서 원활한 회전뿐만 아니라 제 1 외부도체 (4)와 제 2 외부도체 (5) 사이의 접촉 면적을 넓혀 캐패시턴스 결합의 증가로 높은 차폐 효과를 갖게 하였다. 또한 그 사이에 다시 링(21)을 설치하여 차폐효과를 더욱더 높였다. 또한 편리한 제작을 위해 제 2 외부도체 (5)는 제 3 외부 도체 (6)과 분리 연결될 수 있도록 하였다.
테이퍼 영역(2)은 제 3 외부도체(6), 제 1 내부도체(16), 제 2 내부도체 (17) 그리고 내부 유전체 (18)로 구성되며, 피시험체 영역의 크기를 유지시키기 위해 테이퍼된 영역으로서, 될 수 있는 한 전자파의 왜곡이 없는 범주내에서 짧게 유지시켜야 한다. 길게되면 유효길이가 증가하게되어 공진주파수가 낮아지기 때문이다. 상기 구성에서 내부 유전체(18)는 제 1 외부 도체 (4)와의 강력한 연결이 될 수 있도록 접착제로 고정하고 제 2 외부도체(5)와 제 3 외부도체(6)과는 분리회전 될 수 있도록 그 사이를 미세하게 떨어질 수 있도록 제작된다.
본 발명에 의하면 보다 높은 균일도를 갖는 시험 영역과, 기존 회전형 원통티이엠셀이 지원하기 어려웠던 임의의 전파임피던스를 갖는 매우 정밀한 표준 근역장을 발생시킬 수 있는 구조를 갖게 되었다. 또한 원역장에 대한 균일도는 3배 이상의 효과를 갖게 되어 보다 정확한 교정, 전자파 장해 측정, 전자파 내성 측정 등이 가능하게 되었다. 또한 " ㄱ "자형 피시험체 받침대를 설치하므로서 수직 수평 분극은 물론 회전 각도 범위를 높이는 효과를 제공한다.

Claims (4)

  1. 각종 전자파측정을 위해 표준 전자파를 발생시키는 회전형 결합전송셀에 있어서,
    외부의 전자파를 차단하는 외부도체관과, 상기 외부도체관내에 피조사체를 위치시키는 피조사체 테이블과 상기 피조사체 테이블에 전자파를 발생시키기 위한 전자파 발생용 내부도체부와 상기 전자파 발생용 내부도체부에 전원을 공급하도록 상기 외부도체관의 양측에 설치된 전원공급부로 구성하되,
    상기 내부 도체부는 4포트를 갖도록 서로 마주보는 한쌍으로 회전가능하게 설치되어며, 상기 한쌍의 내부도체부를 회전시키기 위한 구동축이 외부에 설치되어 손으로 조절가능하게 구성된 것을 특징으로 하는 회전형 결합 전송셀.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 피조사체 테이블은,
    상기 한쌍의 내부도체부의 회전각도를 최대로 하기 위해 "ㄱ"형의 회전탁자가 부착되는 것을 특징으로 하는 회전형 결합 전송셀.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 전원공급부는,
    상기 내부도체부를 회전시키기 위한 동축코넥터의 이음매 영역에서의 전자파누설을 방지하기 위한 제 1 베어링, 제 2 베어링이 계단식 직렬로 연속해서 설치되거나 링이 설치되는 것을 특징으로 하는 회전형 결합 전송셀.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 내부도체부는,
    홀수 모드 급전방식에 입각한 임피던스 정합되도록 회전각도가 설정되게 구성되는 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 하는 회전형 결합 전송셀.
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