KR100243090B1 - 와이형티이엠셀 - Google Patents

Abstract

본 발명은 Y형 티이엠 셀(Y type transverse electromagnetic cell)에 관한 것으로, 특히 전자파 내성(EMS)측정 및 전자파 장해(EMI)측정, 안테나 교정등에서 필요한 표준 전자파(평면파)를 발생시키는 Y 형 티이엠 셀에 관한 것이다.

일반적으로, 전기적 표준전자파의 수직.수평 분극을 조절할 수 있는 종래 양단티이엠 셀중에서 6단자 티이엠 셀은 균일도는 높으나 전력 이용도가 떨어지고, TTEM cell은 전력 이용도가 높은 반면, 균일도가 저조한 문제점을 지닌다. 따라서, 본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위해 수직 분극의 표준 전자파는 두개의 내부 도체를 위아래로 설치하고, 수평 분극의 경우는 1개의 내부 도체를 설치하여 동시에 시험영역에서 수직 수평분극 모두 높은 균일도를 갖도록 하고, 전력 이용도를 높인 Y형 티이엠 셀을 제공한다. 그 결과 본 발명은 전력의 유용도를 높여 작은 입사 전력으로도 높은 표준전자파 발생이 가능하게 되었고, 전자파의 균일도를 높여 정밀한 전자파 내성, 전자파 장해 및 교정, 수신기 감도 측정이 가능하다. 또한, 휴대폰, 다이폴 및 모노폴 안테나를 갖는 무선기기, 각종 컴퓨터기기, 냉장고 등처럼 폭이 좁고 높이가 큰 각종 전기.전자제품에 대한 공간 활용도가 높은 모델을 제작 할 수 있다.

Description

와이형 티이엠 셀{Y-transverse electromagnetic cell}

본 발명은 Y형 티이엠 셀(Y type transverse electromagnetic cell)에 관한 것으로, 특히 전자파 내성(EMS)측정 및 전자파 장해(EMI)측정, 안테나 교정등에서 필요한 표준 전자파(평면파)를 발생시키는 Y 형 티이엠 셀에 관한 것이다.

일반적으로, 종래 티이엠 셀의 시설로는 크로포드 티이엠 셀(Crawford TEM cell), GTEM cell(Giga-Hertz TEM cell), TTEM cell(Triple TEM cell), WTEM cell (Wire TEM cell), 개량형 GTEM cell, 자동측정용 티이엠 셀, 6단자 티이엠 셀 등 종류가 많으나 이들은 크게 2종류로 구분할 수가 있다. GTEM cell, WTEM cell, TTEM cell, 개량형 GTEM cell 등 같이 한쪽면에 입출력 단자들이 존재하는 "한단 티이엠 셀"과 크로포드 티이엠 셀, 비대칭형 티이엠 셀, 자동측정용 티이엠 셀, 6단자 티이엠 셀과 같이 양쪽면에 입·출력 단자들이 존재하는 "양단 티이엠 셀"로 구분할 수가 있다. 상기 두 종류 모두 전자파 장해 측정, 전자파 내성 측정, 안테나 교정 등에 활용되나 전자는 원역장에 대한 시험만이 가능하고, 후자는 원역장은 물론 근역장 시험에 대해서도 지원할 수가 있어 이들은 서로 다르다고 볼 수가 있다. 양단 티이이엠 셀은 다시 두 종류로 구분이 가능한데 크로포드 티이엠 셀 , 비대칭형 티이엠 셀, 가변임피던스 전자파 발생 장치 처럼 수직 분극만 지원되는 티이엠 셀과 6단자 티이엠 셀, 자동측정용 티이엠 셀, 회전형 원통 티이엠 셀 처럼 수직 수평 분극 모두 지원되는 티이엠 셀로 구분이 가능하다.

이들은 또 다시 자동측정용 티이엠 셀, 회전형 원통 티이엠 셀처럼 기계적으로 회전 시키는 티이엠 셀과 6단자 티이엠 셀처럼 내부도체의 급전 선택에 의해 분극을 조절하는, 즉 전기적으로 조절하는 티이엠 셀로 구분이 가능하다. 후자는 수직.수평 분극에 대해서만 조절 가능한 반면, 전자는 임의의 분극을 조절할 수 있다. 그러나 후자는 전자보다도 구조가 간단하여 제작이 용이하다. 전기적으로 수직.수평 분극을 조절할 수 있는 한단 티이엠 셀로는 TTEM 셀이 있으며, 이는 곧바로 양단 티이엠 셀 구조로 변경 가능하므로 이들 내에 포함시켜 그 특성을 비교하여 살펴보면 다음과 같다.

6단자 티이엠 셀은 균일장 영역이 기존 시설에 비해 매우 넓게 확보할 수 있고, 전자파의 균일도가 매우 우수한 반면, 입력 전력의 유용도가 떨어지는 문제점을 갖고 있으며, TTEM 셀은 균일장 영역이 좁고, 전자파의 균일도가 저조한 특성을 가지고 있는 반면, 6단자 티이엠 셀보다 입력 전력의 유용도가 높은 특성을 가지고 있다. 또한 이들 모두 최대의 균일도를 제공하기 위해서는 외부 도체 단면의 구조를 정사각형으로 유지해야만 하므로, 휴대폰, 다이폴 및 모노폴 안테나를 갖는 무선기기, 각종 컴퓨터기기, 냉장고 등처럼 폭이 좁고 높이가 큰 각종 전기.전자제품에 대한 전자파 내성, 전자파 장해 등 측정 시 기존 시설들은 시험영역의 공간 활용도가 낮아 보다 큰 시설을 필요로 하는 문제점을 갖는다. 양단 티이엠 셀의 크기는 가용주파수와 반비례적인 관계를 갖고 있다. 그러므로 시험영역의 공간 활용도가 낮으면 가용 주파수 대역이 그 만큼 좁아지는 문제점을 갖는다. 또한 페이저, 핸드폰 등을 비롯한 무선기기 감도 및 교정 측정처럼 모든 제품에 대해 측정을 수행해야 하는 경우, 다량의 시설이 확보되어야 하며 매우 넓은 작업 공간이 필요한 문제점이 있다.

따라서, 본 발명은 상기한 문제점이 해소되도록 수직 분극의 표준 전자파를 발생시키기 위해 두개의 내부 도체를 설치하고, 수평 분극의 경우 한개의 내부 도체를 설치하여 수직/수평분극 모두 높은 균일도를 갖도록 하고, 시험 공간의 활용을 최적화한 Y형 티이엠 셀을 제공하는 데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 제 2 및 제 3 내부 도체는 서로 마주보게 외벽 가까이 설치하고, 제 1 내부도체는 상기 제 2 및 제 3 내부 도체와 서로 직교하도록 설치하고 나머지 외벽에는 문과 차폐창이 설치된 구조를 갖되, 중심은 내부가 비어있는 직사각형 금속통으로 구성되고, 좌우 양측으로는 직사각형이 줄어드는 원추형 금속통으로 이어지는 외부도체를 구비하고, 측면을 바라보았을 때 외부도체의 내부에는 금속판이 좌측 외부도체 벽과 평형을 이루는 제 1 내부도체, 그리고 외부도체 내부에서 상하 벽과 평형을 이루며 대칭적으로 놓이는 제 2 및 제 3 내부도체, 그리고 외부도체의 우측 벽에는 문과 차폐창이 설치된 구조를 갖는 것을 특징으로 한다.

도 1a는 본 발명에 따른 Y형 티이엠 셀의 사시도.

도 1b는 본 발명에 따른 Y형 티이엠 셀의 정단면도.

도 1c는 본 발명에 따른 Y형 티이엠 셀의 평단면도.

도 1d는 본 발명에 따른 Y형 티이엠 셀의 측단면도.

도 2는 종래 TTEM셀의 1.2m×1.2m 단면 크기를 갖는 50Ω의 전계치 편차 분포도.

도 3는 종래 6단자 티이엠 셀의 1.2m×1.2m 단면 크기를 갖는 50Ω의 전계치 편차 분포도.

도 4는 본 발명에 따른 Y형 티이엠 셀의 1.2m×1.2m 단면 크기를 갖는 50Ω의 전계치 편차 분포도.

도 5는 본 발명에 따른 Y형 티이엠 셀의 1.2m×1.6m 단면 크기를 갖는 50Ω의 전계치 편차 분포도.

〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉

1: 시험 영역 2: 테이퍼 영역

3: 동축코넥터 이음매 영역 4: 피시험체 받침대

5: 좌단 제1 N형 코넥터 6: 좌단 제2 N형 코넥터

7: 좌단 제3 N형 코넥터 8: 우단 제1 N형 코넥터

9: 우단 제2 N형 코넥터 10: 우단 제3 N형 코넥터

11: 제 1 내부도체 12: 제 2 내부도체

13: 제 3 내부도체 14: 좌단 제 1 외부도체

15: 좌단 제 2 외부도체 16: 중심 제 3 외부도체

17: 우단 제 1 외부도체 18: 우단 제 2 외부도체

19: 받침대 20: 문

21: 차폐창 22: 원판

23: 베어링 24: 원판 지지판

25: 제 4 내부도체 26: 유전체

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설멍하면 다음과 같다.

도 1a 내지 도 1d는 본 발명에 따른 Y형 티이엠 셀의 구성도로서, 도 1a는 사시도, 도 1b는 정단면도, 도 1c는 평단면도, 도 1d는 측단면도를 도시한다.

도 1b 및 도 1c에 도시된 바와같이 본 발명의 구조를 크게 구분하면, 피조사체가 놓이는 시험 영역(1), 테이퍼 영역(2)과 동축케이블 코넥터와 본체가 연결되는 동축코넥터 이음매 영역(3) 및 전달된 전자파를 종단하는 종단 영역으로 구분 할 수가 있다. 이때, 시험영역(1)은 좌단 제 1 N형 코넥터(5)와 우단 제 1 N형 코넥터(8)가 연결된 제 1 내부도체(11), 좌단 제 2 N형 코넥터(6)와 우단 제 2 N형 코넥터(9)가 연결된 제 2 내부도체(12), 좌단 제 3 N형 코넥터(7)와 우단 제 3 N형 코넥터(10)가 연결된 제 3 내부도체(13), 중심 제 3 외부도체(16), 문(20), 피조사체의 상태를 관찰하기 위한 차폐창(21), 피조사체가 고정배치되는 받침대(4) 및 몸체 전체를 받추어 주고 이동이 자유롭도록 설계된 받침대(19)로 구성된다.

도 2d에 도시된 본 발명의 측단면도는 제 2 내부 도체(12)와 제 3 내부 도체(13)가 중심 제 3 외부 도체(16)내에 위아래 벽 가까이 설치되어 보다 넓은 균일장 영역을 확보하며, 제 1 내부 도체(11) 또한 외부도체의 벽에 가까이 설치하여 보다 넓은 균일장 영역을 확보한다. 그러나 내부도체들이 외부도체 벽에 가까이 가면 갈 수록 균일장 영역이 넓어지나, 그 만큼 전자파의 균일도가 나빠지는 특성이 있다. 또한 제 1, 2 및 3 내부도체 구조는 모두 일반 동축케이블의 특성임피던스(주로 50오옴)로 정합시켜야 하기 때문에 제 1, 2 및 3 내부도체(11, 12 및 13)의 위치가 고정되면 내부도체의 폭이 결정되어야 한다. 또한 급전 방식에 따라 50오옴의 특성임피던스를 갖는 구조가 변경되므로 상기 모델에서는 제 2, 3내부도체(12 및 13)는 제 1 내부도체(11)와는 달리 반대 위상인 기수 모드(odd mode) 급전(입력전압의 크기가 같고 180도 위상차를 갖도록 급전)으로 특성임피던스 정합 구조를 결정한다.

또한, 시험영역(1)에 설치된 피시험 받침대(4)는 원판 지지판(24) 위에 원판(22)을 분리 설치하여 회전 가능하도록 하고, 피시험체가 원판(22) 위에 설치되었을 때 원활한 회전을 위해 이들 사이에 베어링(23)을 설치한다. 피시험 받침대(4), 원판 지지대(24) 및 원판(22)은 내부 표준 전자파의 왜곡을 최소화하기 위해 테프론 처럼 비도전체이고 유전율이 낮은 재료로 형성한다. 베어링(23)은 비도전체인 세라믹처럼 단단한 제료로 형성하고, 피시험체의 회전 상태 및 위치 파악이 용이하도록 눈금을 형성한다.

동축코넥터 이음매영역(3)은 동축케이블과 몸체를 연결하기 위해 제 1 외부도체(14)를 설치한다. 제 1 외부도체(14) 내부에 제 4 내부도체(25)를 설치하여 테이퍼 영역(2)단의 내부도체들과 연결시키고, 그 사이에 유전체(26)를 삽입하여 고정시켰다. 이들의 구조는 모두 임피던스 정합이 유지되도록 설계되어야 한다.

또한, 도 2에서 처럼 테이퍼 영역(2)단의 내부도체 3개를 모두 각각 3개의 N형 코넥터의 내부핀들과 전기적으로 연결하는 구조를 갖는다.

테이퍼 영역(2)은 제 2 외부도체(15)와 제 1, 2, 3 내부도체(11, 12 및 13)로 구성되며, 피시험체 영역의 크기를 유지시키기 위해 테이퍼된 영역이다. 또한, 테이퍼 영역(2)은 전자파의 왜곡이 없는 범주내에서 짧게 유지시킨다. 왜냐하면, 길게되면 유효길이가 증가하게 되어 공진주파수가 낮아지기 때문이다.

도 2 내지 도 5는 티이엠 셀의 전계치 편차 분포도로서, 도 2는 종래 TTEM셀의 1.2m×1.2m 단면 크기를 갖는 50Ω의 전계치 편차 분포도이다. 도 3는 종래 6단자 티이엠 셀의 1.2m×1.2m 단면 크기를 갖는 50Ω의 전계치 편차 분포도이다. 도 4는 본 발명에 따른 Y형 티이엠 셀의 1.2m×1.2m 단면 크기를 갖는 50Ω의 전계치 편차 분포도이다. 도 5는 본 발명에 따른 Y형 티이엠 셀의 1.2m×1.6m 단면 크기를 갖는 50Ω의 전계치 편차 분포도이다. 도면 각각의 우측의 결과는 수평 편파 조성 결과이고, 좌측은 수직 편파 조성 결과이다. 도 2 내지 도 5는 중심지점에서의 등방성 전계 프로브를 이용하여 측정된 결과에 대해 정규화한 전계 분포도를 나타낸 것으로, 본 발명에 따른 Y형 티이엠 셀의 균일장 영역이 큼을 알 수 있다.

특히, 도 5는 높이가 크고 폭이 좁은 피시험체에 대한 전자파 내성 및 장해 측정을 위한 Y형 티이엠 셀의 1.2m×1.2m 단면 크기를 갖는 50Ω의 전계치 편차 분포도로서, 종래 TTEM 셀 및 6단자 티이엠 셀의 경우 단면 구조가 정사각을 유지하지 못할 때, 내부 전자파의 균일도가 저조한 특성을 나타내는 것과는 달리 본 발명에 의한 Y 티이엠 셀은 수직 및 수평 분극 모두 균일도가 매우 안정되어 있음을 볼 수가 있다. 이때, 균일장 영역의 크기는 0.33m × 0.467m 이고, 총입사 전력이 2Watt일 때 중심에서 수직 전계가 6.11V/m, 수평 전계는 9.14V/m로 측정되었다. 상기 측정 결과 본 발명에 의한 Y 티이엠 셀은 냉장고, 컴퓨터, 휴대폰 처럼 폭이 좁고 높이가 큰 일반 피시험체에 대한 전자파 장해 및 내성 측정 등에 적합하다.

아래 [표 1]은 1.2m×1.2m 종래 티이엠 셀 및 Y형 티이엠 셀의 균일장 영역 크기 및 2Watt 입력시 중심에서의 전계강도를 나타낸다.

티이엠 셀	균일장 영역 크기(m)	중심에서의 전계강도(V/m)
		수평편판	수직편파
TTEM 셀	0.24×0.24	7.42	7.42
6 단자 티이엠 셀	0.325×0.325	1.16	1.16
Y 형 티이엠 셀	0.3×0.33	10.4	7.98

[표 1]에서 종래 TTEM 셀의 균일장 영역의 크기는 0.24m × 0.24m이고, 기존 6단자 티이엠 셀은 0.325m × 0.325m이고, 본 발명에 의한 Y형 티이엠 셀은 0.3m × 0.33m임을 볼 수가 있었다. 본 발명에 의한 Y 티이엠 셀은 6단자 티이엠 셀보다 균일장 영역이 다소 적으나 종래 TTEM 셀 보다 넓음을 볼 수가 있다. 또한, [표 1]에서 처럼 동일한 입사 전력(2 Watt)을 유지시켰을 때의 균일장 영역 중심에서의 전계값은 6단자 티이엠 셀이 가장 낮은 반면, 본 발명에 의한 Y형 티이엠 셀이 가장 높음을 볼 수가 있다. 즉, Y형 티이엠 셀은 낮은 전력으로도 높은 전자파를 발생시킬 수 있다.

상술한 바와같이 본 발명에 따른 Y형 티이엠 셀은 입사 전력의 유용도를 높여, 작은 입사 전력으로도 높은 표준전자파 발생이 가능하고, 전자파의 균일도를 높여 정밀한 전자파 내성, 전자파 장해 및 교정, 수신기 감도 측정이 가능하게 되었으며, 그 뿐만아니라 휴대폰을 위시한 다이폴 및 모노폴 안테나를 갖는 무선기기, 각종 컴퓨터기기, 냉장고 등처럼 폭이 좁고 높이가 큰 각종 전기.전자제품에 대한 공간 활용이 높은 전자파 내성, 전자파 장해 측정에도 시험 공간의 활용도를 높인 모델 제작이 가능하다. 시험 영역의 공간 활용도를 높이는 기술은 주파수 특성 측면에서 매우 중요하다. 왜냐하면 시험 영역의 단면이 작아지면 질수록 차단 주파수가 높아져서, 가용 주파수 대역을 높일 수 있기 때문이다. 결국 Y형 티이엠 셀은 기존 시설에 비해 가용 주파수 대역을 그 만큼 상승시키는 효과를 갖는다.

Claims (6)

1. 제 2 및 제 3 내부 도체는 서로 마주보게 외벽 가까이 설치하고, 제 1 내부도체는 상기 제 2 및 제 3 내부 도체와 서로 직교하도록 설치하고 나머지 외벽에는 문과 차폐창이 설치된 구조를 갖되,

   중심은 내부가 비어있는 직사각형 금속통으로 구성되고, 좌우 양측으로는 직사각형이 줄어드는 원추형 금속통으로 이어지는 외부도체를 구비하고,

   측면을 바라보았을 때 외부도체의 내부에는 금속판이 좌측 외부도체 벽과 평형을 이루는 제 1 내부도체, 그리고 외부도체 내부에서 상하 벽과 평형을 이루며 대칭적으로 놓이는 제 2 및 제 3 내부도체, 그리고 외부도체의 우측 벽에는 문과 차폐창이 설치된 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 와이형 티이엠 셀.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 제 1 내부도체는 외벽으로부터 떨어진 거리를 제 2 및 제 3 내부도체 보다 크게하여 제 1 내부도체 폭을 넓게하여 제 1 내부도체의 전위차에 의해 형성되는 수평 분극의 균일도를 높이는 것을 특징으로 하는 와이형 티이엠 셀.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 제 2 및 제 3 내부도체를 상기 제 1 내부도체와 외부도체 사이의 중심에 설치하여 수직 분극의 균일도를 높이는 것을 특징으로 하는 와이형 티이엠 셀.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 제 2 내부도체와 제 3 내부도체 사이에는 피시험체 받침대를 설치하고,

   상기 피시험체 받침대의 지지대는 외부도체 하단벽에 고정시키고,

   상기 하단벽 가까이 놓이는 제 3 내부도체를 지지대 사이로 통과시키는 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 와이형 티이엠 셀.
5. 제 4 항에 있어서,

   상기 피시험체 받침대는 상기 제 2 내부도체와 제 3 내부도체 사이에 평행으로 설치되는 것을 특징으로 하는 와이형 티일엠 셀.
6. 제 4 항에 있어서,

   상기 피시험체 받침대는 피시험체를 받치며 회전 분리되는 원판과;

   상기 원판 아래에 형성되는 원판 지지판과;

   상기 원판과 원판 지지대 사이에 형성되며 회전이 원활하도록 하는 베아링을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 와이형 티이엠 셀.

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