KR100514199B1 - 이동 통신 기지국용 낙뢰 방지기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 이동 통신 기지국에 장착되는 낙뢰 방지 장치에 관한 것으로서, 특히 안테나와 같은 경로로 기지국 시스템 내부에 전달될 수 있는 높은 에너지의 낙뢰와 낙뢰가 전달된 후 발생하는 레지듀얼 전압 성분까지도 효과적으로 제거할 수 있는 낙뢰 방지 장치 및 형성 방법을 제공한다.

본 발명의 낙뢰 방지기는 동축 커넥터의 내부 도체 중간에 파장의 4분의 1 길이를 갖는 단락 도체 핀을 수직으로 연결시킴으로써 파장의 4분의 1 단락 스터브가 병렬로 형성되게 하고, 시스템과 연결되는 포트의 내부 도체에 절연체를 삽입하여 내부 도체의 경로 상에 캐패시터가 형성되게 함으로써, 낙뢰와 후속으로 발생하는 레지듀얼 전압이 상기 기지국 시스템 내부로 전달되지 못하도록 한다.

이와 같이 본원 발명은 시스템과 연결되는 포트의 내부 도체 일부를 절연체로 개방시킴으로써, 낙뢰 전달 시 발생하는 레지듀얼 전압으로 인해 기지국 시스템이 열화되는 문제점을 해결한다.

Description

이동 통신 기지국용 낙뢰 방지기 {ANTENNA ARRESTOR FOR MOBILE TELEPHONE STATION}

본 발명은 낙뢰 또는 그와 유사한 현상으로 발생하는 강한 전자기파가 안테나 등을 통하여 이동 통신 기지국의 내부로 전달될 때, 원하지 않는 전자기 펄스로부터 기지국 내부 전기 설비를 보호하기 위한 장치에 관한 것이다.

음 전하로 유기된 구름과 양 전하로 유기된 육지 사이의 전하 차이가 심화되어, 결국에는 중간 공기 층의 이온화된 좁은 경로로 매우 높은 밀도의 전류가 흐르게 된다. 상기 매우 높은 밀도의 전류가 이동 통신을 위한 기지국 안테나에 전달될 경우, 기지국 내부의 전기 장치는 심한 충격을 받아 더이상 기지국으로서의 기능을 수행하지 못하게 된다.

낙뢰로부터 기지국 내부 전기 설비를 보호하기 위하여 미합중국 특허 제4,335,415호에는 리드 선과 접지 선 양단에 휴즈 보호 장치를 결합한 안테나 낙뢰 방지기에 관한 기술을 개시하고 있다. 한편, 미합중국 특허 번호 제2,654,857호에는 낙뢰가 안테나에 충격을 가했을 때 낙뢰를 우회시키기 위한 경로를 제공하기 위해 방전 튜브와 같은 전류 블로킹 수단 쌍이 각 리드로부터 접지로 연결되어 있는 낙뢰 방지기를 개시하고 있다.

이와 같이 낙뢰에 관한 문제점을 극복하기 위하여 이동 통신 장비 제조 업계에서는 기지국 설비를 보호하기 위한 다양한 낙뢰 방지 장치들을 제안하여 왔다. 4분의 1 파장 단락 스터브 방식의 낙뢰 방지기는 제안된 다양한 낙뢰 방지 장치 중의 하나로 파장의 4분의 1 되는 길이를 갖는 단락 스터브의 임피던스 특성이 무한대가 되는 원리를 이용한 낙뢰 방지 장치이다.

즉, 파장의 4분의 1 길이의 스터브를 동축 커넥터의 내부 도체 중간에 병렬로 연결시키고, 상기 스터브의 끝 부분을 외부 도체와 연결시켜 전기적으로 단락시킨 후, 이를 이동 통신 기지국 안테나와 내부 시스템의 중간 경로에 장착할 경우, 주파수가 높은 이동 통신 신호는 커넥터를 통해 기지국 시스템 내부로 전달되지만, 직류에 가까운 낮은 주파수 성분을 가진 낙뢰는 병렬로 연결된 4분의 1 단락 스터브로 바이패스되어 그라운드로 유도된다.

그러나, 상기 낙뢰 방지기는 대부분의 높은 전류 성분은 바이패스 시킬 수 있지만, 레지듀얼 전압까지 완전히 제거하지는 못하므로 어느 정도의 전압이 안테나 케이블을 따라 기지국 내부 시스템으로 흐르게 된다. 레지듀얼 전압의 크기는 수만 볼트의 원래 낙뢰 성분보다는 비교할 수 없을 정도로 작은 수십 볼트 미만이지만, 이러한 전압 성분으로 인하여 이동 통신 기지국 시스템이 열화될 수 있는 문제점을 안고 있다.

따라서, 본 발명의 제1 목적은 낙뢰 또는 그와 유사한 현상으로 인해 발생하는 강한 전자기파가 안테나 등의 경로를 통하여 이동 통신 기지국 시스템 내부로 전달될 때, 에너지 밀도가 높은 전류 성분을 효과적으로 제거할 수 있는 낙뢰 방지기를 제공하는데 있다.

본 발명의 제2 목적은 상기 제1 목적에 부가하여, 낙뢰의 높은 전류 성분으로 인해 발생하는 레지듀얼 전압을 효과적으로 제거할 수 있는 낙뢰 방지기를 제공하는데 있다.

본 발명의 제3 목적은 상기 제1 목적에 부가하여, 임의의 이동 통신 기지국의 안테나 또는 동축 케이블에 용이하게 장착할 수 있는 낙뢰 방지기를 제공하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 안테나로 연결되는 케이블과 기지국 시스템 내부로 연결되는 케이블을 이어주는 동축 커넥터의 내부 도체 경로 상에 홈을 만들고, 이 홈에 도전 재질의 핀을 수직으로 연결시킨다. 수직으로 연결된 상기 도체 핀은 이동 통신에 이용되는 주파수의 파장의 4분의 1에 해당하는 길이를 가지며, 도체 핀의 끝 부분을 내부 도체를 보호하기 위하여 둘러싸여진 외부 도체와 연결시켜 전기 회로적으로 단락시킨다. 즉, 상기 커넥터는 파장의 4분의 1 길이의 단락 스터브가 커넥터의 내부 도체 중간에 병렬로 연결되어 있는 형태로 구성된다.

단락 스터브로 이용되는 상기 수직 도체 핀의 끝부분과 외부 도체가 연결된 부분을 기지국의 그라운드 케이블과 연결하여 낙뢰가 전달될 때 발생하는 대부분의 고밀도 전류를 그라운드로 바이패스 시키도록 한다. 상기 동축 커넥터에서 기지국 시스템 내부로 연결되는 케이블과 만나는 동축 커넥터의 내부 도체에 절연체를 삽입하여 내부 도체의 경로 상에 캐패시터가 형성되게 함으로써, 낙뢰 전달 후 발생하는 레지듀얼 전압이 통과하지 못하도록 한다.

이하, 본 발명에 따른 낙뢰 방지 장치의 실시예를 첨부된 도면 제2a도 및 제2b도에 의거하여 보다 상세히 설명한다.

제2a도는 본 발명에 따른 낙뢰 방지기의 구성을 도시한 도면으로서, 이에 도시된 바와 같다. 동축 커넥터 부분은 외부 도체(31), 내부 도체(32), 절연체(30, 33, 37)로 구성되며, 외부 사각 몸체(34) 내에서 내부 도체(32)와 도체 핀(36)이 수직으로 연결되는 구조로 구성된다.

한편, 커넥터 내부 도체(32) 중간에 병렬로 연결된 4분의 1 파장 단락 스터브는 수직으로 연결된 도체 핀(36)이 수직 핀 보호용 외부 도체(35)에 의하여 둘러싸여진 구조로 구성되며, 수직 도체 핀(36)과 외부 도체(35)가 전기 회로적으로 단락시키는 도전 재질의 캡(38), 이동 통신 기지국의 그라운드 케이블로 낙뢰를 유도시키는 역할을 하는 어스용 핀(39)으로 구성된다.

제2b도는 본 발명에 따른 낙뢰 방지기의 내부 도체의 구성을 도시한 도면으로서, 이에 도시된 바와 같다. 동축 커넥터의 내부 도체(44, 45)는 동이나 은과 같은 전기적으로 도전율이 높은 물질로 구성되며, 절연체(41, 42, 48)는 테프론, 폴리에틸렌 및 폴리스티렌과 같은 유전 물질로 구성된다. 내부 도체 중간에는 수직 도체 핀 연결 홈(46)이 구성되어 있어, 도체 핀(36)과 수직으로 연결되도록 한다.

한편, 내부 도체(44, 45) 경로 상에 있는 절연체(41, 42, 48)는 캐패시터의 중간 유전 물질 역할을 하여 캐패시턴스를 발생시키며, 이와 같은 캐패시터는 높은 주파수의 이동 통신 신호는 통과시키고 직류 성분에 가까운 레지듀얼 전압은 차단하는 역할을 한다.

전술한 내용은 후술할 발명의 특허 청구 범위를 보다 잘 이해할 수 있도록 본 발명의 특징과 기술적 장점을 다소 폭넓게 개설하였다. 본 발명의 특허 청구 범위를 구성하는 부가적인 특징과 장점들이 이하에서 상술될 것이다. 개시된 본 발명의 개념과 특정 실시예는 본 발명과 유사 목적을 수행하기 위한 다른 구조의 설계나 수정의 기본으로서 즉시 사용될 수 있음이 당해 기술 분야의 숙련된 사람들에 의해 인식되어야 한다.

또한, 본 발명에서 개시된 발명 개념과 실시예가 본 발명의 동일 목적을 수행하기 위하여 다른 구조로 수정하거나 설계하기 위한 기초로서 당해 기술 분야의 숙련된 사람들에 의해 사용되어질 수 있을 것이다. 또한, 당해 기술 분야의 숙련된 사람에 의한 그와 같은 수정 또는 변경된 등가 구조는 특허 청구 범위에서 기술한 발명의 사상이나 범위를 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 변화, 치환 및 변경이 가능하다.

이상과 같이 본 발명에 따른 낙뢰 방지기는 종래의 낙뢰 방지기가 지니는 레지듀얼 전압 허용 문제를 해결하기 위한 낙뢰 방지 장치 및 형성 방법으로서, 본 발명은 이동 통신 기지국 시스템 내부와 연결되는 동축 커넥터 포트의 내부 도체 일부를 절연체로 개방시킴으로써 낙뢰가 그라운드로 바이패스된 후의 단계에 있어서 레지듀얼 전압이 기지국 내부 시스템으로 전달되는 것을 방지하고, 그 결과 레지듀얼 전압에 의해 이동 통신 기지국의 내부 시스템이 열화되는 것을 방지할 수 있는 장점을 지니고 있다.

제1a도는 종래의 4분의 1 파장 단락 스터브 방식의 낙뢰 방지기를 개략적으로 도시한 평면도.

제1b도는 종래의 가스 방전 튜브 방식의 낙뢰 방지기를 개략적으로 도시한 평면도.

제2a도는 본 발명에 따른 낙뢰 방지기를 도시한 평면도.

제2b도는 본 발명에 따른 낙뢰 방지기의 내부 도체를 도시한 평면도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10, 11, 20, 21, 30, 33, 37, 41, 42, 43, 48: 절연체

12, 25, 30, 32, 44, 45, 49: 커넥터의 내부 도체

16, 22, 31: 커넥터의 외부 도체

15, 17, 24, 26, 39: 어스용 핀

13, 36: 수직 도체 핀

14, 38: 캡

23: 세라믹 가스 방전 튜브

34: 외부 사각 몸체

35: 수직 도체 핀 보호용 외부 도체

40, 46: 수직 도체 핀 연결 홈

Claims (2)

1. 이동 통신 주파수로부터 계산된 파장의 4분의 1에 해당하는 길이를 갖는 단락 스터브의 임피던스가 무한대가 되는 원리를 이용한 이동 통신 기지국용 낙뢰 방지기에 있어서,

   낙뢰 전달시 높은 전류 밀도의 낙뢰를 접지시키는 역할을 하는 동축 커넥터의 내부 도체 중간에 단락 스터브 형태로 병렬 연결된 낙뢰 유도 수단과;

   기지국 시스템 쪽의 케이블과 연결되는 커넥터 포트의 내부 도체 경로 상에 절연체가 삽입되어 개방 회로 역할을 하는 레지듀얼 전압 방지 수단

   을 포함하는 낙뢰 방지 장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 낙뢰 방지기에서 안테나와 시스템을 연결하는 커넥터의 내부 도체 경로 상에 직류 전류 및 전압 전달을 방지할 수 있는 캐패시터를 포함하는 것을 특징으로 하는 낙뢰 방지 장치.