KR100500662B1 - 트랜스포머를 이용한 전기장／자기장 발생 장치 - Google Patents

Abstract

1. 청구범위에 기재된 발명이 속한 기술분야

본 발명은 트랜스포머를 이용한 전기장/자기장 발생 장치에 관한 것임.

2. 발명이 해결하려고 하는 기술적 과제

본 발명은 결합전송선로셀을 포함하는 전기장/자기장 발생 장치에 있어서 상기 결합전송선로셀의 입출력 양단에 트랜스포머를 대칭되게 구비/배치함으로써 상대적인 저전력의 인가로 높은 전기장/자기장의 발생을 가능하게 하는, 트랜스포머를 이용한 전기장/자기장 발생 장치를 제공하는데 그 목적이 있음.

3. 발명의 해결방법의 요지

본 발명은 트랜스포머를 이용한 전기장 발생 장치에 있어서, 증폭기에 의해 증폭된 전기 신호의 전압을 N배 증가시키고 전류를 N배 감소시켜 결합전송선로셀의 입력단으로 전달하기 위한 1:N 트랜스포머; 및 상기 결합전송선로셀의 출력단으로부터 전기 신호를 전달받아 전압을 N배 감소시키고 전류를 N배 증가시키기 위한 N:1 트랜스포머를 포함함.

4. 발명의 중요한 용도

본 발명은 EMS 측정 시스템 등에 이용됨.

Description

트랜스포머를 이용한 전기장／자기장 발생 장치{The Apparatus For Generating Electric／Magnetic Field Using Transformer}

본 발명은 트랜스포머를 이용한 전기장/자기장 발생 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 결합전송선로셀을 포함하는 전기장/자기장 발생 장치에 있어서 상기 결합전송선로셀의 입출력 양단에 트랜스포머를 대칭되게 구비/배치함으로써 상대적인 저전력의 인가로 높은 전기장/자기장의 발생을 가능하게 하는, 트랜스포머를 이용한 전기장/자기장 발생 장치에 관한 것이다.

종래 복사 EMS(electromagnetic susceptibility ; 전자파 내성)를 측정하기 방법으로는 대형 루프안테나 내부에서 유기되는 균일한 자기장을 활용하거나, 티이엠 셀(TEM cell)을 이용하여 전기장/자기장을 발생시키는 방법 등이 있었다.

이 가운데 대형 루프안테나 내부에서 유기되는 균일한 자기장을 활용하는 방법은 외부 환경에의 노출로 인해 시험 장소 주변에 강한 자기장을 발생시키게 된다는 문제점이 있어 티이엠 셀(TEM cell)을 이용한 전기장/자기장 발생 방법이 주로 사용되어 왔다.

상기 티이엠 셀(TEM cell)을 이용한 전기장/자기장 발생 방법은 다시 크게 2가지로 구분할 수 있는데, 그 첫번째는 DAS 방식으로, 메직 T를 이용해 신호발생기로부터 발생된 RF 신호를 2개의 출력단자로 분할하여 티이엠 셀(TEM cell)의 양쪽 단자에 입력시키고 상기 각각의 단자로 입력된 진행파를 충돌시킴으로써, 이들의 위상차가 180도 차이가 있으면 전기장이 발생되고, 0도의 위상차가 있으면 자기장이 발생되는 원리를 이용한 방법이다. 다음 그 두번째는, 티이엠 셀(TEM cell)의 일측 단자를 입력 단자로 사용하고 타측 단자에 부하를 설치하되 50오옴과 다르게 설치하여 반사가 일어나도록 함으로써 균일영역에서 진행파와 반사파가 서로 부딪치는 원리에 의해 전기장/자기장을 발생시키는 방법이다. 이를 MA 방식이라고도 부른다.

그러나, 상기 티이엠 셀(TEM cell)을 이용하여 전기장/자기장을 발생시키는 방법은 입력 단자에 되돌아오는 전자파의 크기가 매우 커 신호발생기 혹은 전력증폭기로 되돌아 오는 전력을 감당할 수가 없음으로 인해 양방향성 감쇄기가 필요하게 되며, 따라서 상기 감쇄기에서의 감쇄량 만큼 전력효율이 떨어지게 된다는 문제점이 있었다.

이러한 문제점을 해결하기 위해 결합전송선로셀을 이용하여 전기장/자기장을 발생시키도록 하는 방법이 제안되었다. 결합전송선로셀은 결합전송선로의 4단자 시스템을 활용하여 양측의 대각선상에 존재하는 2개의 단자는 입력단자로 활용하고 나머지 2단자는 종단기에 연결함으로써 신호발생기로 되돌아오는 반사파를 없앨 수 있게 되어, 감쇄기가 필요하지 않아 전력효율이 개선되고 180도 위상 급전에 따라 양질의 전기장/자기장 발생이 가능하도록 하는 장치로서, 전자파의 균일도가 매우 높고 차폐창쪽으로 누설되는 전자파량이 매우 적다는 특성을 갖는다.

상기 결합전송선로셀을 이용하여 전기장/자기장을 발생시키는 방법에 의해, 발생되는 전기장/자기장의 세기에 대한 정확한 예측이 가능해졌을 뿐만 아니라 임피던스 정합이 간단해짐으로써 매우 광대역의 전기장/자기장 발생이 가능하게 되었고, 특히 입력 전력에 비례하여 강전기장 및 강자기장을 발생시키는 것이 가능하게 되었다는 장점을 얻게 되었다. 이러한 결합전송선로셀을 이용한 종래 기술로는, 국내등록특허 137576호, "가변 임피던스 전자파 발생장치" 등이 있다.

그러나, 결합전송선로셀을 이용함으로써 전력 효율성 등이 개선되었다고는 하지만, 일례로 국제 규격인 IEC14443-1에서 요구하고 있는 강전기장 및 강자기장에 대한 전자파 내성 시험을 위해 결합전송선로셀을 이용하는 경우, 피시험체는 ID카드로서 크기가 5㎝×8㎝로 고정되어 있기 때문에 이러한 피시험체의 전자파 내성 시험을 지원하기 위해서는, 내부 도체간의 간격은, 상기 ID카드의 장축인 8㎝의 3배 크기인 약 24cm를 유지해야만 하는데(IEC61000-4-3), 이때 시험에서 요구하는 전기장(0.3~3㎒: 전기장인 614V/m의 33배)을 발생시키기 위해 요구되는 전력 증폭기의 출력은 약 24㎾ 정도로, 여전히 대출력이다.

즉, 결합전송선로셀을 이용함으로써 전력 효율 등이 종래의 방법에 비해 많이 개선되었다고는 하지만, 통상적으로 요구되는 세기의 전기장/자기장 발생을 위해서는 매우 높은 출력을 갖는 전력증폭기가 필요하다는 문제점이 있다.

본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 결합전송선로셀을 포함하는 전기장/자기장 발생 장치에 있어서 상기 결합전송선로셀의 입출력 양단에 트랜스포머를 대칭되게 구비/배치함으로써 상대적인 저전력의 인가로 높은 전기장/자기장의 발생을 가능하게 하는, 트랜스포머를 이용한 전기장/자기장 발생 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 장치는, 트랜스포머를 이용한 전기장 발생 장치에 있어서, 증폭기에 의해 증폭된 전기 신호의 전압을 N배 증가시키고 전류를 N배 감소시켜 결합전송선로셀의 입력단으로 전달하기 위한 1:N 트랜스포머; 및 상기 결합전송선로셀의 출력단으로부터 전기 신호를 전달받아 전압을 N배 감소시키고 전류를 N배 증가시키기 위한 N:1 트랜스포머를 포함하는 것을 특징으로 한다.

한편, 본 발명의 다른 장치는, 트랜스포머를 이용한 자기장 발생 장치에 있어서, 증폭기에 의해 증폭된 전기 신호의 전압을 N배 감소시키고 전류를 N배 증가시켜 결합전송선로셀의 입력단으로 전달하기 위한 N:1 트랜스포머; 및 상기 결합전송선로셀의 출력단으로부터 전기 신호를 전달받아 전압을 N배 증가시키고 전류를 N배 감소시키기 위한 1:N 트랜스포머를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상술한 목적, 특징들 및 장점은 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해 질 것이다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 일실시예를 상세히 설명한다.

도 1 및 도 2 는 본 발명에 따른 트랜스포머를 이용한 전기장 및 자기장 발생 장치의 일실시예 구성도이다.

도 1 및 도 2 에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 트랜스포머를 이용한 전기장/자기장 발생 장치는 컴퓨터(110, 210), 스펙트럼분석기(120, 220), 신호발생기(130, 230), 전력증폭기(140, 240), 양방향성 결합기(150, 250), 결합전송선로셀(180, 280) 및 1:N 트랜스포머(170, 290)와 N:1 트랜스포머(190, 270) 등을 포함한다. 즉, 본 발명은 종래의 결합전송선로셀을 이용한 전기장/자기장 발생 장치에 있어서, 상기 결합전송선로셀(180, 280)의 입/출력 양단에 1:N 트랜스포머(170, 290)와 N:1 트랜스포머(190, 270)를 대칭되도록 구비/배치한 것을 그 특징으로 한다.

상기 각 구성 요소들의 상세 기능 및 동작을 살펴보면 다음과 같다.

상기 신호발생기(130, 230 ; 통상 50오옴 시스템이 사용됨)로부터 발생된 RF신호는 상기 전력증폭기(140, 240)에 의해 증폭된 후 상기 결합전송선로셀(180, 280)의 입력단에 연결된 트랜스포머(170, 270)로 전달되는데, 이때 상기 트랜스포머(170, 270)는 전기장 발생을 목적으로 하느냐, 자기장 발생을 목적으로 하느냐에 따라 1:N 트랜스포머(170)인지 또는 N:1 트랜스포머(270)인지가 결정되게 된다.

즉, 도 1 에 도시된 바와 같은 전기장 발생 장치일 경우, 상기 전력증폭기(140)에 의해 증폭된 신호는 상기 1:N 트랜스포머(170)를 통과하면서 전압이 N배 증가하고 전류가 N배가 감소되어 180도의 위상차를 갖는 전력신호로서 상기 결합전송선로셀(180)의 입력단으로 전달된 후 다시 상기 결합전송선로셀(180)의 출력단에 연결된 N:1 트랜스포머(190)에 의해, 전압이 N배 감소하고 전류가 N배 증가된 비평형(Unbalanced Signal) 신호로 출력되어, 상기 전력증폭기(140)에서 발생된 전기적인 신호 특성을 되찾게 된다. 한편, 도 2 에 도시된 바와 같은 자기장 발생 장치일 경우에는, 상기 전력증폭기(240)에 의해 증폭된 신호가 상기 N:1 트랜스포머(270)를 통과하면서 전압이 N배 감소하고 전류가 N배가 증가되어 180도의 위상차를 갖는 전력신호로서 상기 결합전송선로셀(280)의 입력단으로 전달된 후 다시 상기 결합전송선로셀(280)의 출력단에 연결된 1:N 트랜스포머(290)에 의해 전압이 N배 증가하고 전류가 N배 감소된 비평형(Unbalanced Signal) 신호로 출력되어, 상기 전력증폭기(240)에서 발생된 전기적인 신호 특성을 되찾게 된다.

다음, 상기 트랜스포머(190, 290)를 통과한 전기신호는, 도시되지 않은 감쇄기를 거쳐 종단기(160, 260)에서 제거되는 구조를 갖도록 하였는데, 이때 상기 종단기(160, 260)의 입력 저항은 상기 전력증폭기(140, 240)가 갖는 특성 임피던스(통상 50오옴)와 같아야 한다. 이와 같은 구조에 의해 전력 특성, 즉 전압과 전류의 비를 급격하게 바꾸어 줌으로써 상기 전력증폭기(140, 240)의 과부하 문제점을 해결할 수 있다.

도 1 에 도시된 본 발명에 따른 전기장 발생 장치의 경우, 상기 트랜스포머(170, 190) 사이에 존재하는 상기 결합전송선로셀(180)의 특성 임피던스는, 상기 전력증폭기(140) 출력단자의 특성 임피던스의 (N×N) 배를 유지한다면 임피던스 정합이 이루어지게 될 것이다. 따라서, 상기 1:N 트랜스포머(170)의 입력 전력을 알게 된다면 상기 결합전송선로셀(180)에 입력되는 전류의 값을 알게 되고, 전압값을 통해 상기 결합전송선로셀(180)의 내부에서 유기되는 전기장의 값을 쉽게 예측할 수 있게 된다. 따라서, 이러한 입력 전력의 측정이 가능하도록 상기 전력증폭기(140)와 상기 1:N 트랜스포머(170) 사이에 양방향성 결합기(150)를 설치하고 그 결합단자를 스펙트럼 분석기(120)에 연결하여, 수시로 상기 결합전송선로셀(180)에 입력되는 전력이 얼마인지를 자동으로 측정하도록 구성할 수 있다.

상기 결합전송선로셀(180)의 특성 임피던스를 상기 전력증폭기(140) 출력단자의 특성 임피던스의 (N×N) 배로 유지하지 못했을 때에는 상기 1:N 트랜스포머(170)와 상기 N:1 트랜스포머(190) 사이의 전기적인 거리가 매우 중요하게 작용하게 되는데, 만일 전기적인 거리가 파장에 비해 일정길이(약1/8배) 이하 일 때라면 상기 결합전송선로셀(180)의 특성 임피던스는 무시될 수가 있다. 이 경우의 임피던스 정합은 상기 N:1 트랜스포머(190)와 종단기(160)의 임피던스에 의해 결정된다. 즉, 반사파의 존재 여부는 상기 결합전송선로셀(180)의 특성 임피던스가 아니라 트랜스포머와 종단기(160)의 임피던스에 의해서 결정된다.

본 발명에서는 이러한 문제를 해결하기 위해 트랜스포머(170, 190)를 상기 결합전송선로셀(180)을 중심으로 대칭되도록 배치시키고, 종단기(160)는 상기 전력증폭기(140)의 출력 임피던스(통상 50오옴)를 유지한 소자를 사용하도록 하였다. 이러한 구성은 저주파 대역에서 임피던스 비정합에 따른 전력증폭기의 과부하를 최소화할 수 있도록 한 것으로, 일반적으로 사용되고 있는 50오옴 결합전송선로셀을 저주파 대역에서 활용 가능하도록 한 것이다.

한편, 도 2 에 도시된 본 발명에 따른 자기장 발생 장치의 경우도 위와 같은데, 다만 상기한 전기장 발생 장치의 경우와 결합전송선로셀을 기준으로 한 트랜스포머의 배치가 정반대임에 따라, 상기 결합전송선로셀(280)의 특성 임피던스가 상기 전력증폭기(240) 출력단자의 특성 임피던스의 1/(N×N) 배를 유지하여야 임피던스 정합이 이루어지게 된다는 점 등에만 차이가 있을 뿐이다.

좀 더 자세히 설명하자면, 상기 트랜스포머(270, 290) 사이에 존재하는 상기 결합전송선로셀(280)의 특성 임피던스는, 상기 전력증폭기(240) 출력단자의 특성 임피던스의 1/(N×N) 배를 유지한다면 임피던스 정합이 이루어지게 될 것이다. 따라서, 상기 N:1 트랜스포머(270)의 입력 전력을 알게 된다면 상기 결합전송선로셀(280)에 입력되는 전류의 값을 알게 되고, 전압값을 통해 상기 결합전송선로셀(280)의 내부에서 유기되는 자기장의 값을 쉽게 예측할 수 있게 된다. 따라서, 이러한 입력 전력의 측정이 가능하도록 상기 전력증폭기(240)와 상기 N:1 트랜스포머(270) 사이에 양방향성 결합기(250)를 설치하고 그 결합단자를 스펙트럼 분석기(220)에 연결하여, 수시로 상기 결합전송선로셀(180)에 입력되는 전력이 얼마인지를 자동으로 측정하도록 구성할 수 있다.

상기 결합전송선로셀(280)의 특성 임피던스를 상기 전력증폭기(240) 출력단자의 특성 임피던스의 1/(N×N) 배로 유지하지 못했을 때에는 상기 N:1 트랜스포머(270)와 상기 1:N 트랜스포머(290) 사이의 전기적인 거리가 매우 중요하게 작용하게 되는데, 만일 전기적인 거리가 파장에 비해 일정길이(약1/8배) 이하 일 때라면 상기 결합전송선로셀(280)의 특성 임피던스는 무시될 수가 있다. 이 경우의 임피던스 정합은 상기 1:N 트랜스포머(290)와 종단기(260)의 임피던스에 의해 결정된다. 즉, 반사파의 존재 여부는 상기 결합전송선로셀(280)의 특성 임피던스가 아니라 트랜스포머와 종단기(260)의 임피던스에 의해서 결정된다.

본 발명에서는 이러한 문제를 해결하기 위해 트랜스포머(270, 290)를 상기 결합전송선로셀(280)을 중심으로 대칭되도록 배치시키고, 종단기(260)는 상기 전력증폭기(240)의 출력 임피던스(통상 50오옴)를 유지한 소자를 사용하도록 하였으며, 이러한 구성은 저주파 대역에서 임피던스 비정합에 따른 전력증폭기의 과부하를 최소화할 수 있도록 한 것으로, 일반적으로 사용되고 있는 50오옴 결합전송선로셀을 저주파 대역에서 활용 가능하도록 한 것임은 전술한 바와 같다.

도 3a 내지 도 3d 는 본 발명에 따른 트랜스포머 일체형 전기장 발생 장치의 일실시예 사시도 및 단면도로서, 상기 도 1 에 도시된 전기장 발생 장치에 있어서 트랜스포머와 결합전송선로셀이 일체형으로 구성된 장치의 사시도(a), 정단면도(b), 평단면도(c), 측단면도(d)를 나타내었다.

강전기장의 경우, 매우 위험한 레벨의 전기장(ISO/IEC14443-1, ISO/IEC 10536 등에서는 0.3~3.0㎒에서 614 V/m의 33배 내성 시험을 요구하고 있음)이므로 트랜스포머 일체형으로 결합전송선로셀을 구성하는 것이 좋은데, 특히 다음의 도 5a 내지 도 5c 에서 볼 수 있듯이, 높은 특성 임피던스 구조를 얻기 위해서는 내부도체가 외부도체 벽으로부터 멀리 떨어지게 놓여야 하는 구조적인 특징을 가지므로, 상기 트랜스포머와 결합전송선로셀이 일체형으로 제작되도록 하는 것이 여러모로 편리함을 알 수 있다.

이하, 도 5a 내지 도 5c 를 참고하여 도 3a 내지 도 3d 를 살펴보면 다음과 같다.

제 1 내부도체(380)와 제 2 내부도체(390)의 떨어진 거리를 H, 내부도체의 두께를 D, 내부도체의 폭을 W, 외부도체의 높이를 B, 외부도체의 폭을 A라고 할 때, 도 5a 내지 도 5c 에서는 A/B = 1, D/B = 0.003일 때, H/A = 0.33, 0.5, 0.67 각각의 모델에 대해 내부도체 폭 W/A 변화에 따른 특성 임피던스와 전기장 효율(내부도체 폭이 매우 넓고, 내부도체간의 거리가 H일 때, 무한대의 길이를 갖는 결합전송선로 내부 중심에서 발생되는 전기장 세기에 대한 비율), 그리고 전기장 균일도를 나타내었다. 도 5a 에서 알 수 있듯이, 내부도체의 폭이 작아지거나 내부도체 간에 이격거리가 커지거나 혹은 내부도체와 외부도체 간에 거리가 커지면 특성 임피던스가 높아지는 현상을 볼 수가 있다.

도 5b 에서는 전기장의 효율이 내부도체 폭에 따라 변화하고 있음을 볼 수가 있다. 즉, 내부도체 폭이 일정크기 이하(그림에서 W/A = 0.15)에서 급격하게 떨어지고 있음을 볼 수가 있다.

또한, 도 5c 에서는 균일영역에서 전기장의 균일도는 내부도체 폭에 따라 민감하게 변함을 볼 수가 있다.

전기장 발생 장치의 경우, ISO/IEC 등 국제 규격에서 요구하고 있는 균일도인 ±3㏈를 감안하여 설계되어야 한다. 일 예로, 50오옴 측정시스템에서 2:1 트랜스포머를 사용하는 경우, 결합전송선로셀의 특성임피던스는 200오옴을 유지하여야 임피던스 정합이 가능하다. 그 구조는, 도 5a 내지 도 5c 의 "A" 지점으로, 즉 A/B = 1, H/B = 0.5, W/A = 0.15, D/B = 0.003의 구조이다.

이러한 구조의 전기장 효율은 약 0.7을 유지하고 있고 균일도는 ±2.5㏈를 유지하고 있어 균일한 전기장을 얻을 수 있음을 볼 수가 있다.

도 7a 는 이러한 모델의 전기장 분포도를 나타내고 있는데, 사선 부분은 균일영역, 색칠한 부분은 시험영역을 의미한다. 도 7a 에 나타난 구조적인 특징을 잘 수용할 수 있도록 도 3a 내지 도 3d 에 도시된 본 발명의 일실시예에서는 양측의 제 1 동축코넥터(340)와 제 2 동축코넥터(350)의 바로 앞에 트랜스포머를 수용할 수 있는 차폐공간을 설치함으로써 이러한 차폐공간에 의해 결합전송선로셀이 격리될 수 있도록 하였다.

상기 차폐공간에서는 제 1 내부도체(380)와 제 2 내부도체(390)를 1:N 트랜스포머의 출력선과 연결하도록 하고 중간의 접지선은 차폐함체에 연결하도록 하였다. 이때, 트랜스포머의 출력선과 내부도체간에 연결되는 선에는, 임피던스 정합이 유지되도록 특성 임피던스를 설치하는 것이 바람직할 것이다(도 5a 내지 도 5c 에 도시된 "A" 지점의 경우 200오옴). 특성 임피던스가 높은 경우 도 7a 에서와 같이 내부도체가 외부도체 벽에 멀리 놓여야 하므로 트랜스포머의 출력선과 연결되는 격리구조(트랜스포머가 존재하는 차폐공간과 결합전송선로셀 사이의 격리)로 인해 내부도체는 테이퍼되는 구조를 가져야만 서로 연결이 가능하다. 이때, 임피던스 정합이 가능하도록 테이퍼 부분의 외부도체 보강부(314 내지 318)를 입력단자 당 2개씩 모두 8개를 설치하고, 그 구조는 삼각형 구조로서 도 3b 에 도시된 바와 같이 모서리에 떨어뜨려 장착하도록 한다.

내부도체의 지지목적으로 중심영역에 테프론, PVC 등과 같은 비도전체로 이루어진 지지대(380)를 설치한다. 이때, 주의할 점은 전자파의 누설을 방지하기 위해 지지대가 외부도체를 뚫고 밖으로 튀어나오지 않도록 해야한다는 점이다.

외부도체(310)는 안전을 고려하여 접지와 연결되어야 한다. 또한, 트랜스포머가 수용되어 있는 차폐공간과 결합전송선로 사이를 연결하는 지점에도, 도시된 바와 같이, 쇼트 방지 목적과 내부도체 지지 목적으로 내부도체 입구 지지대(319)를 설치하는 것이 바람직하다. 특히, 모서리의 전하의 집중현상을 고려하여 다음의 도 4a 내지 도 4d 에 도시될 자기장 발생 장치보다도 지지대의 크기가 커야 할 것이다. 지지대의 재질은 비도전체로 이루어져야 한다. 이동이 편리하도록 받침대(320)가 구비될 수 있으며, 전자파 내성 시험시 피시험체를 내부에 설치 용이하도록 문(330)을 형성하였다.

도 4a 내지 도 4d 는 본 발명에 따른 트랜스포머 일체형 자기장 발생 장치의 일실시예 사시도 및 단면도로서, 상기 도 2 에 도시된 자기장 발생 장치에 있어서 트랜스포머와 결합전송선로셀이 일체형으로 구성된 장치의 사시도(a), 정단면도(b), 평단면도(c), 측단면도(d)를 나타내었다.

강자기장의 경우, 매우 위험한 레벨의 전기장(ISO/IEC14443-1, ISO/IEC 10536 등에서는 0.3~3.0㎒에서 614 V/m의 33배 내성 시험을 요구하고 있음)이므로 트랜스포머 일체형으로 결합전송선로셀을 구성하는 것이 좋은데, 특히 다음의 도 6a 내지 도 6c 에서 볼 수 있듯이, 낮은 특성 임피던스 구조를 얻기 위해서는 내부도체가 외부도체 벽으로부터 가까이 놓여야 하는 구조적인 특징을 가지므로, 상기 트랜스포머와 결합전송선로셀이 일체형으로 제작되도록 하는 것이 여러모로 편리함을 알 수 있다.

이하, 도 6a 내지 도 6c 를 참고하여 도 4a 내지 도 4d 를 살펴보면 다음과 같다.

제 1 내부도체(480)와 제 2 내부도체(490)의 떨어진 거리를 H, 내부도체의 두께를 D, 내부도체의 폭을 W, 외부도체의 높이를 B, 외부도체의 폭을 A라고 할 때, 도 6a 내지 도 6c 에서는 A/B = 1, H/B = 0.83일 때, W/A = 0.67, 0.83, 0.92 각각의 모델에 대해 내부도체 굵기 D/B 변화에 따른 특성 임피던스와 자기장 효율(내부도체 폭이 매우 넓고, 내부도체간의 거리가 H일 때, 무한대의 길이를 갖는 결합전송선로 내부 중심에서 발생되는 자기장 세기에 대한 비율), 그리고 자기장 균일도를 나타내었다. 도 6a 에서 알 수 있듯이, 내부도체의 두께가 커지거나 내부도체의 폭이 커져도 특성 임피던스가 낮아지는 현상을 볼 수가 있다.

도 6b 에서는 자기장의 효율이 내부도체 두께에 따라 그리 크게 변화하고 있지 않음을 볼 수가 있다. 또한, 도 6c 에서는 자기장 균일도가 ±1 이하를 유지하고 있어, 매우 양질의 자기장이 균일영역에서 조성되고 있음을 볼 수가 있다.

50오옴 자기장 측정시스템에서 3.3:1 발룬타입의 트랜스포머를 사용하는 경우, 결합전송선로셀의 특성 임피던스는 5오옴을 유지하여야 임피던스 정합이 가능한데, 그 구조는 도 6a 내지 도 6c 에서 "B" 지점으로, 즉 A/B = 1, H/B = 0.8, W/A = 0.67, D/B = 0.0716의 구조이다. 이러한 구조에서의 자기장 효율은 약 0.9를 유지하고 있고 그 균일도는 ±0.75 ㏈를 유지하고 있어, 낮은 전력으로 높은 자기장의 조성이 가능할 뿐만 아니라 매우 균일한 자기장의 획득이 가능함을 볼 수가 있다.

도 7b 에 이러한 모델의 자기장 분포도를 나타내고 있는데, 사선 부분은 균일영역, 색칠한 부분은 시험영역을 의미한다.

도 7b 에 나타난 구조적인 특징을 잘 수용할 수 있도록 도 4a 내지 도 4d 에 도시된 본 발명의 실시예에서는, 양측의 제 1 동축코넥터(440)와 제 2 동축코넥터(450)의 바로 앞에 트랜스포머를 수용할 수 있는 차폐공간을 설치하고, 이러한 차폐공간에 의해 결합전송선로셀이 격리될 수 있도록 하였다.

상기 차폐공간에서는 제 1 내부도체(480)와 제 2 내부도체(490)를 N:1 트랜스포머의 출력선과 연결하도록 하고 중간의 접지선은 차폐함체에 연결하도록 하였다. 이 때, 상기 트랜스포머의 출력선과 내부도체간에 연결되는 선에는 임피던스정합이 유지하도록 특 성임피던스를 설치하는 것이 바람직할 것이다(도 6a 내지 도 6c 에 도시된 "B" 지점의 경우 5오옴). 특성 임피던스가 낮은 경우 도 7b 에서와 같이 내부도체가 외부도체 벽에 가까이 놓여야 하므로 트랜스포머의 출력선과 연결되는 격리구조(트랜스포머가 존재하는 차폐공간과 결합전송선로셀 사이의 격리)로 인해 내부도체는 테이퍼되는 구조를 가져야만 서로 연결이 가능하다. 이때, 임피던스 정합이 가능하도록 테이퍼 부분의 외부도체 보강부(414 내지 417)를 입력단자 당 2개씩 모두 8개를 설치하고, 그 구조는 삼각형 구조로서 도 4b 에 도시된 바와 같이 모서리에 완전히 삽입/장착하도록 한다.

내부도체의 지지목적으로 중심영역에 테프론, PVC 등과 같은 비도전체로 이루어진 지지대(480)를 설치한다. 이때, 주의할 점은 전류의 누설을 방지하기 위해 지지대가 외부도체를 뚫고 밖으로 튀어나오지 않도록 해야한다는 점이다.

외부도체(410)는 안전을 고려하여 접지와 연결되어야 한다. 또한 트랜스포머가 수용되어 있는 차폐공간과 결합전송선로 사이를 연결하는 지점에도, 도시된 바와 같이, 쇼트 방지 목적과 내부도체 지지 목적으로 내부도체 입구 지지대(418)를 설치하는 것이 바람직하다. 이때, 상기 지지대(418)의 재질은 비도전체로 이루어져야 한다. 이동이 편리하도록 받침대(420)가 구비될 수 있으며, 전자파 내성 시험시 피시험체를 내부에 설치 용이하도록 문(430)을 형성하였다.

여기서, 만일 두개의 1:N 트랜스포머를 직렬로 겹쳐서 연결하여 구성하는 경우 전압이 N×N배로 증가하고 전류가 1/(N×N)배 감소하는 원리를 적용하여 보다 높은 전기장 조성이 가능하며, N:1 트랜스포머를 직렬로 연결하면 역시 전류의 증가를 곱으로 증가시키는 것이 가능하다.

이와 같이 직렬 연결된 트랜스포머를 사용하는 경우, 트랜스포머에서 2차 코일의 권선의 길이가 줄어드는 효과로 인해 보다 높은 주파수 대역까지 사용이 가능하게 된다. 왜냐하면, 1:1000의 트랜스포머가 요구되는 경우, 1차코일의 길이에 33배의 총 전선길이가 소요되는 특징을 지니고 있다면, 1개의 1:1000 트랜스포머를 구현하는 경우 1차 코일의 길이에 1001배 총 전선길이가 소요되기 때문에 사용주파수의 제한을 가져오게 될 것이나, 3개의 1:10 트랜스포머를 직렬 연결함으로써 1:1000 트랜스포머를 구현하게 되면 전기적인 길이가 짧아져서 보다 높은 주파수까지도 사용이 가능하게 되기 때문인데, 단, 이때 상기 트랜스포머에 사용되는 코아(훼라이트와 같은 자성물질)가 감당할 수 있는 전압(만일 첫번째 트랜스포머의 인가 전압이 1 Volt라고 하면, 3번째 트랜스포머의 인가 전압이 100Volt)을 초과하지 않아야 한다는 조건이 있다.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속한 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.

상기와 같은 본 발명은, 결합전송선로셀의 입출력 양단에 구비/배치된 트랜스포머의 권선수에 비례하여 전기장/자기장이 발생됨으로써, 상대적인 저전력의 인가로 높은 전기장/자기장의 발생이 가능하며, 특히 상기 트랜스포머를 다수개 직렬로 연결할 경우, 가령 N:1 또는 1:N 트랜스포머 3개를 직렬로 구성/사용할 경우 종래 결합전송선로셀의 동일한 전력에 대해 발생된 전기장/자기장에 비해 N×N×N배 세기의 전시장/자기장을 얻을 수 있게 되어 전력 효율의 개선이나 비용 절감 등에 있어 뛰어난 효과가 있다.

도 1 은 본 발명에 따른 트랜스포머를 이용한 전기장 발생 장치의 일실시예 구성도.

도 2 는 본 발명에 따른 트랜스포머를 이용한 자기장 발생 장치의 일실시예 구성도.

도 3a 내지 도 3d 는 본 발명에 따른 트랜스포머 일체형 전기장 발생 장치의 일실시예 사시도 및 단면도.

도 4a 내지 도 4d 는 본 발명에 따른 트랜스포머 일체형 자기장 발생 장치의 일실시예 사시도 및 단면도.

도 5a 는 본 발명의 일실시예에 의한 트랜스포머 일체형 전기장/자기장 발생 장치의 내부도체 두께에 따른 특성임피던스 특성 설명도.

도 5b 및 도 5c 는 본 발명의 일실시예에 의한 트랜스포머 일체형 전기장/자기장 발생 장치의 내부도체 두께에 따른 전기장 효율 및 자기장 균일도 특성 설명도.

도 6a 는 본 발명의 일실시예에 의한 트랜스포머 일체형 전기장/자기장 발생 장치의 내부도체 폭에 따른 특성임피던스 특성 설명도.

도 6b 및 도 6c 는 본 발명의 일실시예에 의한 트랜스포머 일체형 전기장/자기장 발생 장치의 내부도체 폭에 따른 전기장 효율 및 자기장 균일도 특성 설명도.

도 7a 및 도 7b 는 본 발명의 일실시예에 의한 트랜스포머 일체형 전기장/자기장 발생 장치의 동작 설명도.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

110, 210 : 컴퓨터 120, 220 : 스펙트럼 분석기

130, 230 : 신호발생기 140, 240 : 전력증폭기

150, 250 : 양방향성 결합기 160, 260 : 종단기

170, 290 : 1:N 트랜스포머 180, 280 : 결합전송선로셀

190, 270 : N:1 트랜스포머

Claims (10)

1. 트랜스포머를 이용한 전기장 발생 장치에 있어서,

   증폭기에 의해 증폭된 전기 신호의 전압을 N배 증가시키고 전류를 N배 감소시켜 결합전송선로셀의 입력단으로 전달하기 위한 1:N 트랜스포머; 및

   상기 결합전송선로셀의 출력단으로부터 전기 신호를 전달받아 전압을 N배 감소시키고 전류를 N배 증가시키기 위한 N:1 트랜스포머

   를 포함하는 트랜스포머를 이용한 전기장 발생 장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 결합전송선로셀의 입/출력단에 연결된 각 트랜스포머는,

   2개 이상의 트랜스포머가 직렬 연결된 것을 특징으로 하는 트랜스포머를 이용한 전기장 발생 장치.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 트랜스포머는,

   발룬타입 트랜스포머인 것을 특징으로 하는 트랜스포머를 이용한 전기장 발생 장치.
4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 증폭기에 의해 증폭된 전기 신호를 이용하여 상기 결합전송선로셀에 입력되는 전기 신호를 측정/분석하기 위한 스펙트럼 분석 수단; 및

   상기 증폭기에 의해 증폭된 전기 신호를 상기 스펙트럼 분석 수단으로 전달하기 위한 양방향성 결합 수단

   을 더 포함하는 트랜스포머를 이용한 전기장 발생 장치.
5. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 결합전송선로셀, 및 상기 결합전송선로셀의 입/출력단에 각각 연결된 트랜스포머가 일체형으로 형성된 것을 특징으로 하는 트랜스포머를 이용한 전기장 발생 장치.
6. 트랜스포머를 이용한 자기장 발생 장치에 있어서,

   증폭기에 의해 증폭된 전기 신호의 전압을 N배 감소시키고 전류를 N배 증가시켜 결합전송선로셀의 입력단으로 전달하기 위한 N:1 트랜스포머; 및

   상기 결합전송선로셀의 출력단으로부터 전기 신호를 전달받아 전압을 N배 증가시키고 전류를 N배 감소시키기 위한 1:N 트랜스포머

   를 포함하는 트랜스포머를 이용한 자기장 발생 장치.
7. 제 6 항에 있어서,

   상기 결합전송선로셀의 입/출력단에 연결된 각 트랜스포머는,

   2개 이상의 트랜스포머가 직렬 연결된 것을 특징으로 하는 트랜스포머를 이용한 자기장 발생 장치.
8. 제 7 항에 있어서,

   상기 트랜스포머는,

   발룬타입 트랜스포머인 것을 특징으로 하는 트랜스포머를 이용한 자기장 발생 장치.
9. 제 6 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 증폭기에 의해 증폭된 전기 신호를 이용하여 상기 결합전송선로셀에 입력되는 전기 신호를 측정/분석하기 위한 스펙트럼 분석 수단; 및

   상기 증폭기에 의해 증폭된 전기 신호를 상기 스펙트럼 분석 수단으로 전달하기 위한 양방향성 결합 수단

   을 더 포함하는 트랜스포머를 이용한 자기장 발생 장치.
10. 제 6 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 결합전송선로셀, 및 상기 결합전송선로셀의 입/출력단에 각각 연결된 트랜스포머가 일체형으로 형성된 것을 특징으로 하는 트랜스포머를 이용한 자기장 발생 장치.