KR100540970B1 - 유전체가 삽입된 동축 테이퍼형 광대역 발룬 - Google Patents

유전체가 삽입된 동축 테이퍼형 광대역 발룬 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따른 유전체가 삽입된 동축 테이퍼형 광대역 발룬은, 전송선으로서의 내부 도체 및 그 내부 도체를 감싸고 있는 테이퍼형의 외부 도체와, 안테나와 연결되는 안테나 급전부와, 커넥터와 연결되는 커넥터 연결부를 구비하는 동축 테이퍼형 광대역 발룬에 있어서, 상기 내부 도체와 외부 도체 사이에는 소정의 비유전율을 갖는 유전체가 삽입되어 있는 점에 그 특징이 있다.
이와 같은 본 발명에 의하면, 동축선의 내부 도체와 외부 도체 사이에 적당한 비유전율을 갖는 유전체를 삽입함으로써 발룬의 크기를 줄여 안테나 시스템의 전체 크기를 줄일 수 있으며, 그 결과 안테나 시스템의 제작, 운반, 설치 및 사용상의 편리를 도모할 수 있다.
안테나, 발룬, 동축선, 유전체, 임피던스

Description

유전체가 삽입된 동축 테이퍼형 광대역 발룬{Broadband tapered coaxial balun with dielectric}
도 1은 본 발명에 따른 유전체가 삽입된 동축 테이퍼형 광대역 발룬의 구조를 보여주는 도면.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 유전체가 삽입된 동축 테이퍼형 광대역 발룬의 구조를 보여주는 도면.
도 3은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 유전체가 삽입된 동축 테이퍼형 광대역 발룬의 구조를 보여주는 도면.
도 4는 종래의 동축 테이퍼형 광대역 발룬이 채용된 안테나 시스템을 보여주는 도면 대용 사진.
도 5는 본 발명에 따른 유전체가 삽입된 동축 테이퍼형 광대역 발룬이 채용된 안테나 시스템을 보여주는 도면 대용 사진.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
101,201,301...내부 도체 102,202,302...유전체
103,203,303...외부 도체 104...커넥터
105...안테나 급전부 106...동축 테이퍼부
107...커넥터 연결부
본 발명은 변전소의 전력기기 내부 등에 설치되는 안테나에 채용되는 발룬 (balun)(평형 불평형 변성기, balun은 balance to unbalance transformer의 약어)에 관한 것으로서, 특히 동축선의 내부 도체와 외부 도체 사이에 적당한 비유전율을 갖는 유전체를 삽입함으로써 발룬의 길이를 줄여 안테나 시스템의 전체 크기를 줄일 수 있는 유전체가 삽입된 동축 테이퍼형 광대역 발룬에 관한 것이다.
일반적으로, 전원에서 부하로 전력을 전송하는 경우, 접속점에서 전류와 전압의 반사파가 발생되지 않거나 최대전력이 부하에 전달되기 위해서는 양쪽의 임피던스가 어떤 조건에 만족되어야 한다. 이러한 조건에 만족되는 경우를 임피던스 정합이라고 하며, 양쪽의 임피던스가 다른 경우 임피던스 정합을 위하여 전원과 부하 (또는 급전선과 안테나) 사이에 접속하는 회로를 정합회로라고 한다.
급전선에 의해 안테나에 공급되는 전력은 최대로 되는 것이 이상적이므로 안테나의 급전점 임피던스는 급전선의 특성임피던스와 같아야 된다. 그러나 급전선의 임피던스는 급전선의 구조에 따라 그 값이 다르기 때문에 대부분의 경우 급전선과 안테나 사이에 정합회로를 설치하여 정합을 취해야 한다.
테이퍼 정합은 분포정수회로에 의한 정합의 한 방법으로서, 급전선의 특성임피던스를 선로상에서 연속적으로 변하게 하여 정합을 하는 것이다. 이 방식은 파장당 임피던스가 크지 않을 때 주로 사용하고, 광대역성이 있으며, 테이퍼 부분의 길이는 2∼8파장 정도이다.
종래의 테이퍼형 동축 발룬은 테이퍼 부분의 길이가 2∼8파장 정도가 되어야 정합회로로 사용이 가능하다. 그러나, 이와 같이 테이퍼 부분의 길이가 길어지면 발룬을 포함한 안테나 시스템의 전체 크기가 너무 커지기 때문에 제작, 운반, 설치 및 사용에 있어서 많은 문제점이 있다.
본 발명은 이상과 같은 사항을 감안하여 창출된 것으로서, 동축선의 내부 도체와 외부 도체 사이에 적당한 비유전율을 갖는 유전체를 삽입함으로써 발룬의 크기를 줄여 안테나 시스템의 전체 크기를 줄일 수 있는 유전체가 삽입된 동축 테이퍼형 광대역 발룬을 제공함에 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 유전체가 삽입된 동축 테이퍼형 광대역 발룬은,
전송선으로서의 내부 도체 및 그 내부 도체를 감싸고 있는 테이퍼형의 외부 도체와, 안테나와 연결되는 안테나 급전부와, 커넥터와 연결되는 커넥터 연결부를 구비하는 동축 테이퍼형 광대역 발룬에 있어서,
상기 내부 도체와 외부 도체 사이에는 비유전율이 약 9인 알루미나 유전체가 삽입되고, 상기 내부 도체는 단일 직경의 봉형, 정원추형, 역원추형 중의 어느 하나의 형태이며, 상기 유전체는 단일 직경의 원기둥형, 정원추형, 역원추형 중의 어느 하나의 형태인 점에 그 특징이 있다.
이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 유전체가 삽입된 동축 테이퍼형 광대역 발룬의 구조를 보여주는 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 유전체가 삽입된 동축 테이퍼형 광대역 발룬은 전송선으로서의 내부 도체(101) 및 그 내부 도체(101)를 감싸고 있는 테이퍼형의 외부 도체(103)와, 안테나와 연결되는 안테나 급전부(105)와, 커넥터와 연결되는 커넥터 연결부(107)를 기본적으로 구비한다. 그리고, 본 발명의 특징에 따라 상기 내부 도체(101)와 외부 도체(103) 사이에는 소정의 비유전율을 갖는 유전체 (102)가 삽입된다. 여기서, 이 유전체로는 바람직하게는 비유전율(εr)이 약 9인 알루미나 유전체가 사용된다.
이상과 같은 본 발명의 발룬은 내부 도체(101)와 테이퍼형인 외부 도체(103)의 사이에 유전체(102)가 삽입되는 구조로서, 내부 도체(101)의 직경은 유전체 (102)의 내부직경과 일치하고, 외부 도체(103)의 내경은 유전체(102)의 외경과 일치한다.
내부 도체(101)의 직경(d), 외부 도체(103)의 내경(D), 그리고 유전체(102) 의 비유전율(εr)은 커넥터(104)의 특성임피던스(Zc)와 안테나의 급전부(105)의 특성임피던스(Za)에 따라 정해지게 된다. 또한, 유전체의 비유전율(εr)은 동축 테이퍼부(106)의 길이를 조정하는 인자로서, 외부 도체(103)의 동축 테이퍼부(106)의 길이(L)는 유전체의 비유전율(εr)의 제곱근에 반비례한다. 이 때, 내부 도체(101)는 단일 직경의 도체봉 형태일 수도 있고, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 원추형 또는 역원추형의 도체봉 형태일 수도 있다.
도 2 및 도 3은 본 발명의 다른 실시예들을 보여주는 도면이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 이들의 경우는 상기 도 1의 경우와 마찬가지로 기본적인 구성은 동일하나, 다만 유전체(202)(302)와 내부 도체(201)(301)의 형태가 도 2에서와 같이 정원추형 형태로 구성되거나 도 3에서와 같이 역원추형 형태로 구성되는 점이 다를 뿐이다.
이상과 같은 원추형 및 역원추형 유전체(202)(302)의 경우에도 유전체(202) (302)는 내부 도체(201)(301)와 외부 도체(203)(303) 사이에 밀착, 고정되어 임피던스가 연속적으로 변화하게 된다. 도 2의 정원추형 유전체(202)를 가지는 발룬의 임피던스의 변화는 외부 도체(203)와 내부 도체(201)의 직경의 변화에 의한 변화분과 외부 도체(203)의 테이퍼부에 의한 변화분이 중첩되어 반영된다. 즉, 이와 같은 원추형 유전체(202)의 경우, 임피던스 정합문제와 관련하여 발룬 부분의 임피던스 조정을 좀 더 다양하게 행할 수 있게 된다.
도 3의 역원추형 유전체(302)의 경우, 내부 도체(301)와 외부 도체(303)의 직경의 변화에 따라 더욱 급격한 임피던스 정합이 가능하다.
한편, 상기 도 1을 다시 참조하면, 안테나 급전부(105)에서 발룬은 형태상 평행 2선식 급전선의
Figure 112003024926505-pat00001
과 d의 함수로 특성 임피던스를 가지게 된다. 그래서 평형 급전선을 가지는 안테나와 정합이 가능하다. 안테나 급전부(105)의 유전체(102)의 형상을 기계 가공하여 임피던스 정합과 기계적 고정을 보다 견고히 할 수 있다.
커넥터 연결부(107)에서 발룬은 형태상 불평형 급전선인 동축 급전선의 특성임피던스를 가지게 되어 임피던스 정합이 가능하다. 커넥터의 유전체와 발룬의 유전체의 비유전율은 다르기 때문에, 임피던스 정합이 되도록 외부 도체(103)와 내부도체(101)의 직경비(D/d)는 각각 조정된다. 또한 발룬의 외부 도체(103)는 커넥터 (104)의 외부 도체와 전기적으로, 기계적으로 견고히 연결되어 있다.
동축 테이퍼부(106)에서의 발룬의 특성임피던스(Zb)는 동축 급전선의 특성임피던스인 커넥터(104)의 특성임피던스(Zc)로부터 평행 2선식 급전선의 특성임피던스인 안테나의 급전부(105)의 특성임피던스(Za)까지 유연하게 연속적으로 변화하여 정합이 가능하게 된다. 테이퍼형의 외부 도체(103)는 금속관의 테이퍼 가공 , 테이퍼형 금속판의 감기 또는 금속재료의 테이퍼형 코팅으로 제작이 가능하다.
한편, 도 4는 종래의 동축 테이퍼형 광대역 발룬이, 그리고 도 5는 발명의 유전체가 삽입된 동축 테이퍼형 광대역 발룬이 각각 채용된 안테나 시스템을 보여주는 사진이다.
도 4 및 도 5의 사진에서 보는 바와 같이, 발룬의 내부 도체와 외부 도체 사이에 비유전율이 약 9인 알루미나 유전체를 사용할 경우, 도 4의 종래의 30cm 길이 의 발룬을 도 5에서와 같이 10cm 길이의 발룬으로 그 길이를 1/3로 감소시킬 수 있게 된다. 그리고 이와 같이, 발룬의 길이를 줄임으로써 안테나 시스템의 전체 크기를 소형화할 수 있게 되는 것이다.
이상의 설명에서와 같이, 본 발명에 따른 유전체가 삽입된 동축 테이퍼형 광대역 발룬은 동축선의 내부 도체와 외부 도체 사이에 적당한 비유전율을 갖는 유전체를 삽입함으로써 발룬의 크기를 줄여 안테나 시스템의 전체 크기를 줄일 수 있으며, 그 결과 안테나 시스템의 제작, 운반, 설치 및 사용상의 편리를 도모할 수 있다.

Claims (4)

  1. 전송선으로서의 내부 도체 및 그 내부 도체를 감싸고 있는 테이퍼형의 외부 도체와, 안테나와 연결되는 안테나 급전부와, 커넥터와 연결되는 커넥터 연결부를 구비하는 동축 테이퍼형 광대역 발룬에 있어서,
    상기 내부 도체와 외부 도체 사이에는 비유전율이 약 9인 알루미나 유전체가 삽입되고, 상기 내부 도체는 단일 직경의 봉형, 정원추형, 역원추형 중의 어느 하나의 형태이며, 상기 유전체는 단일 직경의 원기둥형, 정원추형, 역원추형 중의 어느 하나의 형태인 것을 특징으로 하는 유전체가 삽입된 동축 테이퍼형 광대역 발룬.
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  3. 삭제
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