KR101156569B1

KR101156569B1 - 표적 ｉｅｍｉ 분석용 다층 도넛 형태의 광대역 소형 전계 프로브

Info

Publication number: KR101156569B1
Application number: KR1020100125779A
Authority: KR
Inventors: 최준호; 김준연; 김창구; 소준호
Original assignee: 국방과학연구소
Priority date: 2010-12-09
Filing date: 2010-12-09
Publication date: 2012-06-20
Also published as: KR20120064508A

Abstract

본 발명은 표적 IEMI 분석용 다층 도넛 형태의 광대역 소형 전계 프로브에 관한 것으로, 도넛 형태의 제1 금속패턴; 최상위면과 최하위면에 각각 도넛 형태로 형성되고, 상기 도넛 형태의 제1 금속패턴보다 원의 반경이 상대적으로 큰 도넛 형태의 제2 금속패턴; 상기 도넛 형태의 제1 금속패턴이 각각 전기적으로 분리되는 유전체기판 또는 자성체 기판; 도넛 형태의 안테나의 중심에 형성된 안테나 피드; 및 상기 안테나 피드를 중심으로 좌우측에 형성되고, 상기 도넛 형태의 제2 금속패턴과 상기 도넛 형태의 제1 금속패턴를 각각 전기적으로 연결되는 복수개의 상부 및 하부 비아(Via)를 포함한다. 광대역 소형 전계 프로브는 전자기기 시스템들의 오작동을 유발시키는 자체 전자파간섭(EMI)과 고출력 전자파를 이용한 의도적인 전자파 간섭(IEMI)에 의한 전자파 장해현상을 정밀하게 측정하기 위한 다층구조를 가지는 도넛 형태의 광대역 소형 전계프로브를 제공하고, 다층의 얇은 유전체 물질(Dielectric material)에 분리되어 있는 금속 층에서, 상위의 금속층은 저주파에 반응하고, 하위의 금속층은 고주파에 반응하도록 하는 다층구조를 가지는 Capacitor loaded 이극인테나(Dipole antenna) 형태를 이용함으로써, 기존의 구조에 비해 추가적인 비용이나 제작상의 복잡도 없이 소형이면서 광대역에서 등방성 특성이 우수하고 높은 감도를 제공한다.

Description

표적 ＩＥＭＩ 분석용 다층 도넛 형태의 광대역 소형 전계 프로브{Muti donut type wideband small E-field probe for analyzing target IEMI}

본 발명은 표적 IEMI(Intended EMI) 분석용 다층 도넛 형태의 광대역 소형 전계 프로브에 관한 것으로, 보다 상세하게는 전자기기 시스템들이 고집적화 소형화됨에 따라 전자기기 시스템의 오작동을 유발시키는 자체 전자파간섭(EMI:Electromagnetic Interference)과 고출력 전자파를 이용한 의도적인 전자파 간섭(IEMI:Intended EMI)에 의한 전자파 장해현상을 정밀하게 측정하기 위한 다층구조를 가지는 도넛 형태의 광대역 소형 전계프로브를 제공하는, 표적 IEMI 분석용 다층 도넛 형태의 광대역 소형 전계 프로브에 관한 것이다.

일반적으로 표적 IEMI(Intended EMI, 의도적인 전자파 간섭) 분석용 고전계 방사시 이용되는 전계 프로브는 갖추어야 할 조건으로 근접측정(Near-filed measurement)에 적합해야 하며 피측정 전자파에 영향을 주지 않도록 소형이어야 한다. 또한 미측정 전자파의 편파상태(Polarization state)에 영향을 받지 않고 일정한 값을 읽을 수 있어야 하므로 등방성 특성이 우수하고 다양한 신호원, 즉 연속파(CW:Continuous Wave) 및 펄스형태의 전계를 광대역에서 정밀하게 측정할 수 있어야 한다. 이상과 같은 특성을 만족하는 전계프로브는 쇼트키 다이오드를 이용하는 이극안테나(Dipole antenna) 또는 열전대를 이용하는 이극안테나가 널리 쓰이고 있다.

그러나, 이들 이극안테나(Dipole antenna)는 그 전류분포가 정재파(Standing wave)형이므로 안테나의 임피던스와 방사형태 등이 주파수의존도가 매우 크고 안테나의 길이에 따라 공진 주파수(Resonance frequency)가 결정되므로, 이 공진주파수에서는 감도가 뛰어나지만 동작주파수 대역폭(Bandwidth)이 제한되는 단점이 있다. 또한, 단위 길이당 임피던스가 안테나의 길이 방향으로 연속적으로 증가하는 이극안테나의 경우, 그 전류분포가 진행파형이 되고 비교적 균일한 감도로 넓은 주파수 대역에서 사용할 수 있어서 최근에 이 구조가 많이 이용되고 있다.

그러나, 이러한 구조는 안테나의 중심에서 일정한 크기의 임피던스를 갖지만, 길이 방향으로 연속적으로 증가하여 안테나의 양단에서 임피던스(Impedeance)가 무한대가 되도록 하는 특성을 갖도록 하기 위해 얇은 유전체 기판위에 저항값이 큰 금속을 진공증착하는 추가적인 공정이 필요하므로 비용의 증가와 제작상의 복잡도를 증가시키는 단점이 있다.

본 발명은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 본 발명의 목적은 다층의 얇은 유전체 물질(Dielectric material)에 분리되어 있는 금속 층에서, 상위의 금속층은 저주파에 반응하고, 하위의 금속층은 고주파에 반응하도록 하는 다층구조를 가지는 커패시터가 로드된 이극안테나(Capacitor loaded Dipole antenna) 형태를 이용함으로써, 기존의 구조에 비해 추가적인 비용이나 제작상의 복잡도 없이 소형이면서 광대역에서 등방성 특성이 우수하고 높은 감도를 가지는, 표적 IEMI 분석용 다층 도넛 형태의 광대역 소형 전계 프로브를 제공하는 것이다.

상기 본 발명의 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 일 실시예에 따른 표적 IEMI 분석용 다층 도넛 형태의 광대역 전계 프로브는,

외부에서 인가되는 전계를 측정하기 위해 유전체 기판 또는 자성체 기판에 형성되는 다층 도넛 형태의 광대역 안테나부; 및

상기 다층 도넛 형태의 광대역 안테나부로부터 나온 전계 신호를 다이오드(Diode)와 저역통과 여파기(LPF:Low Pass Filter)를 이용하여 필터링하여 DC 전압으로 변환하는 검파기를 포함한다.

또한, 본 발명의 표적 IEMI 분석용 다층 도넛 형태의 광대역 전계 프로브는, 상기 다층 도넛 형태의 광대역 안테나부가,

삭제

상부 유전체 기판 또는 자성체 기판을 사이에 두고 배치된 도넛 형태의 제1 금속층과 제2 금속층으로 이루어진 상부 안테나부와,
하부 유전체 기판 또는 자성체 기판을 사이에 두고 배치된 도넛 형태의 제1 금속층과 제2 금속층으로 이루어진 하부 안테나부가,
유전체 기판 또는 자성체 기판을 사이에 두고 대칭으로 형성되어 있다.

삭제

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 표적 IEMI 분석용 다층 도넛 형태의 광대역 소형 전계 프로브는 도넛형태의 서로 다른 크기의 금속패턴을 적층하여 배치, 각각의 특성이 중첩(Superposition)되도록 하는 다층 도넛 구조의 이극 안테나(Dipole antenna)를 이용함으로써, 기존의 구조에 비해 추가적인 비용이나 제작상의 복잡도 없이 소형이면서 광대역에서 등방성 특성이 우수하고 높은 감도를 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 다층 도넛형태의 광대역 소형 전계프로브 구성도.
도 2a는 본 발명의 실시예에 따른 다층 도넛형태의 안테나 구성도.
도 2b는 도 2a에 나타낸 다층 도넛형태의 안테나를 A-A'선을 따라 절개한 측면도.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 주파수에 따른 이득 및 안테나 등방성 특성을 나타내는 그래프.

상술한 목적, 특징들 및 장점은 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해 질 것이다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 다층 도넛 형태의 광대역 소형 전계프로브의 구성도이다.

다층 도넛 형태의 광대역 소형 전계프로브는 외부에서 인가되는 전계를 측정하기 위해 유전체 기판 또는 자성체 기판에 형성되는 다층 도넛 형태의 광대역 안테나부(100); 및 상기 다층 도넛 형태의 광대역 안테나부(100)로부터 나온 전계 신호를 다이오드(Diode)와 상단부 및 하단부 저항(R)의 일측에 각각 연결된 커패시터(C)로 구성된 저역통과 여파기(LPF:Low Pass Filter)를 이용하여 필터링하여 DC 전압으로 변환하는 검파기(200)로 구성된다.

다층 도넛 형태의 광대역 소형 전계프로브내에 다층의 얇은 유전체 물질(Dielectric material)에 분리되어 있는 금속 층에서, 상위의 금속층은 2GHz 이하의 저주파에 반응하고, 하위의 금속층은 2GHz 이상의 고주파에 반응하도록 하는 다층구조를 가지는 커패시터가 로드된 이극안테나(Capacitor loaded Dipole antenna) 형태를 이용함으로써, 기존의 구조에 비해 추가적인 비용이나 제작상의 복잡도 없이 소형이면서 광대역에서 등방성 특성이 우수하고 높은 감도를 가진다.

도 2a는 본 발명의 실시예에 따른 다층 도넛형태의 안테나 구성도이다.

도 2b는 도 2a에 나타낸 다층 도넛형태의 안테나를 A-A'선을 따라 절개한 측면도이다.

본 발명에 따른 표적 IEMI 분석용 다층 도넛 형태의 광대역 소형 전계 프로브는 도넛 형태의 제1 금속층(120, 130); 최외곽(도2a에서 최상위면과 최하위면)에 각각 도넛 형태로 형성되고, 상기 도넛 형태의 제1 금속층(120, 130)보다 원의 반경이 상대적으로 큰 도넛 형태의 제2 금속층(110, 140); 상기 도넛 형태의 제1 금속층(120,130)이 각각 전기적으로 분리되는 유전체기판 또는 자성체 기판(150,160,170); 도넛 형태의 안테나의 중심에 형성된 안테나 피드(Feed)(180); 안테나 피드(Feed)(180)를 중심으로 좌우측에 형성되고, 상기 도넛 형태의 제2 금속패턴(110, 140)과 상기 도넛 형태의 제1 금속패턴(120, 130)를 각각 전기적으로 연결하는 복수개의 상부 및 하부 비아(Via)(151, 152, 153, 154, 171, 172, 173, 174)를 포함하고, 2개 이상의 도넛 형태의 금속 패턴이 적층되는 것을 특징으로 한다.

상기 도넛 형태의 제2 금속층(110, 140)은 그 비어있는 내경에 십자 형태의 금속패턴이 형성되는데, 이는 도넛 형태의 금속층에 전류분포(Current distribution)를 고르게 하여 광대역에서 안테나 등방성 특성을 향상시키는 기능을 제공한다. 십자형태의 금속 패턴 선폭은 최외곽면에 위치된 도넛 형태의 제2 금속층(110)에 형성되는 전류분포에 따라 가변될 수 있다.

상기 유전체 또는 자성체 기판(150, 160, 170)은 비전도성을 갖는 통상적인 기판일 수 있으며, 기판을 구성하는 유전율 및 투자율은 원하는 주파수 대역에서 이득과 광대역 특성 향상을 위해 가변될 수 있다.

도넛 형태의 제 1 금속층(120,130)은 유전체나 자성체 기판(160)에 의해 분리되어 있는 두 개의 금속층으로, 윗면과 아랫면에 대칭적으로 구성된다.

도넛 형태의 제2 금속층(110, 140)은 유전체나 자성체 기판(150, 170)에 의해 제1 금속층(120, 130)과 분리되어 있으며, 다층구조의 Capacitor loaded 이극안테나 특성을 제공한다.

상기 도넛 형태의 제 1 금속층(120,130)의 크기는 수신되는 신호 중에서 2GHz 이상인 주파수에서 안테나 등방성 특성이 우수하도록 내부와 외부 반경이 결정될 수 있다.

상기 도넛 형태의 제 2금속층(110, 140)의 크기는 수신되는 신호 중에서 주파수가 2GHz 보다 낮은 주파수에서 안테나 이득 및 등방성 특성이 우수하도록 내부와 외부 반경이 결정될 수 있다.

상기 도넛 형태의 제1 금속층(120, 130)과 상기 도넛 형태의 제2 금속층(110, 140)은 상기 유전체기판 또는 자성체 기판(150,160,170)에 의해 전기적으로 분리되며, 상기 상부 및 하부 비아(151, 152, 153, 154, 171, 172, 173, 174)를 통해 전기적으로 연결되고, 2개 이상의 도넛 형태의 금속층이 적층된다.

도 3a,3b는 본 발명의 실시예에 따른 도 2a,2b를 이용하여 전산 모사한 동작 주파수별 안테나 이득과 등방성 특성을 나타내는 그래프이다. 도 3a에서는 세로축에 나타낸 값은 주파수에 따른 안테나 이득값을 데시벨(dB) 스케일로 나타낸 값으로서 절대값이 커질수록 높은 안테나 이득 특성을 나타내며, 도 3b를 참조하면, 광대역 영역(7GHz 이하)에서 안테나 등방성 특성이 우수함을 알 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정된 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.

100 : 다층 도넛 형태의 광대역 안테나
200 : 전계를 DC 전압으로 변환하는 검파기
120, 130 : 도넛 형태의 제1 금속층
110, 140 : 도넛 형태의 제2 금속층
180 : 안테나 피드(Feed)
151～154, 171～174 : 비아(Via)
150, 160, 170 : 유전체 기판 또는 자성체 기판

Claims

외부에서 인가되는 전계를 측정하기 위해 유전체 기판 또는 자성체 기판에 형성되는 다층 도넛 형태의 광대역 안테나부; 및
상기 다층 도넛 형태의 광대역 안테나부로부터 나온 전계 신호를 다이오드(Diode)와 저역통과 여파기(LPF:Low Pass Filter)를 이용하여 필터링하여 DC 전압으로 변환하는 검파기를 포함하는 표적 IEMI 분석용 다층 도넛 형태의 광대역 전계 프로브.
제1항에 있어서,
상기 다층 도넛 형태의 광대역 안테나부는,
상부 유전체 기판 또는 자성체 기판(150)을 사이에 두고 배치된 도넛 형태의 제1 금속층(120)과 제2 금속층(110)으로 이루어진 상부 안테나부와,
하부 유전체 기판 또는 자성체 기판(170)을 사이에 두고 배치된 도넛 형태의 제1 금속층(130)과 제2 금속층(140)으로 이루어진 하부 안테나부가,
유전체 기판 또는 자성체 기판(160)을 사이에 두고 대칭으로 형성되어 있는 표적 IEMI 분석용 다층 도넛 형태의 광대역 전계 프로브.
제2항에 있어서,
상기 안테나부는 그 중앙을 따라 상부 안테나부의 제2 금속층으로부터 하부 안테나부의 제2금속층까지 뻗어있는 안테나 피드(180)를 더 구비하고,
상기 상부 안테나부의 제1 금속층(120)과 제2 금속층(110)은 상부 유전체 기판 또는 자성체 기판(150)에 형성된 하나 이상의 비아를 통해 전기적으로 접속되고,
상기 하부 안테나부의 제1 금속층(130)과 제2 금속층(140)은 하부 유전체 기판 또는 자성체 기판(170)에 형성된 하나 이상의 비아를 통해 전기적으로 접속되며,
상기 상부 안테나부 및 하부 안테나부의 도넛 형태의 제2 금속층은 상기 안테나부의 최외곽층을 형성하며, 상기 도넛 형태의 제1 금속층보다 큰 반경을 가지는 표적 IEMI 분석용 다층 도넛 형태의 광대역 전계 프로브.
제2항 또는 제3항에 있어서,
상기 상부 안테나부 및 하부 안테나부의 상기 도넛 형태의 제2 금속층(110, 140)은, 그 내경에 십자 형태의 금속패턴이 형성되는 표적 IEMI 분석용 다층 도넛 형태의 광대역 전계 프로브.
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제2항 또는 제3항에 있어서,
상기 제1 금속층은 수신되는 신호 중에서 주파수가 2GHz 이상인 신호에 반응하고, 상기 제2 금속층은 수신되는 신호 중에서 주파수가 2GHz 보다 낮은 신호에 반응하는 표적 IEMI 분석용 다층 도넛 형태의 광대역 전계 프로브.
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