KR101242085B1 - 전자파 특성 측정용 항온조 장치 - Google Patents

전자파 특성 측정용 항온조 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 제어계측 기술을 개시한다. 즉, 본 발명의 실시예에 따른 전자파 특성 측정용 항온조 장치는 항온조의 온도 설정에 크게 영향을 받지 않으며 전자파를 원활하게 전달하는 열차단 선로를 장착함으로써, 항온조와 전자파 전송선로를 적절히 설계하여 온도변화에 의한 영향이 최소화될 수 있도록 한다.
또한, 본 발명의 전자파 특성 측정용 항온조 장치는 온도 변화 즉, 열에너지가 열차단 선로에 영향을 주지 못하도록 최대한 차폐 또는 차단시킴으로써, 피측정 대상물에 의해 생성된 전자파를 정확하면서 안정적으로 측정할 수 있게 한다.

Description

전자파 특성 측정용 항온조 장치{Thermostat Device for measuring a Electromagnetic Wave Property}
본 발명은 제어계측 기술에 관한 것으로, 특히 항온조의 온도 설정에 크게 영향을 받지 않으며 전자파를 원활하게 전달하는 열차단 선로를 장착한 전자파 특성 측정용 항온조 장치에 관한 것이다.
전자파 전송선로는 안테나와 안테나 간의 공간을 이용한 방사형 전자파 전력 전송 수단을 제외한 모든 통신 및 방송 시스템에 반드시 사용된다. 이는 다시 몇 가지 형태의 대표적인 전송선로 형태로 나누어지며 가장 보편적인 형태가 동축형 선로(coaxial line)와 도파관(waveguide)이다.
일반적으로 단순히 전자파 전력을 전송하는 동축형 선로 및 도파관은 선로에 의한 손실을 최소화하기 위하여 전자파 손실이 작은 금속으로 만들어 진다.
초고주파용 부품을 비롯한 전자제품은 온도 환경에 대체로 민감하여 제품 개발 및 제품 성능 정보(specification) 작성을 위하여 온도 환경 변화에 따른 성능 평가 실험이 필요하다. 이에 영하 수 십도에서 영상 수 십도 까지로 넓은 범위의 온도 환경에서 측정이 이루어 지며 이와 같은 환경을 국부적으로 만들기 위하여 온도가 조절 및 유지되는 항온조 등의 항온 장치를 이용한다.
항온조는 일반적으로 외부 공간과의 열적차단을 극대화하여 온도변화를 최소화 시키는 구조로 제작되는데 위와 같은 성능 평가 실험에서는 좀 더 특별한 설계가 필요하다. 즉, 피측정 제품에 전자파를 입사하거나 고주파 특성 측정 장비로 실시간 모니터링이 필요한 경우에 외부에서 항온조 내부로 전자파 전송선로(air line 도 사용됨)를 삽입한다.
대부분 금속 재질로 된 전송선로를 항온조 내부와 연결함으로 인해 항온조의 온도 변화가 전송선로를 타고 흘러들어 특성 측정을 위한 계측기에 직접 영향을 주거나 전송선로 자체의 특성 변화로 인하여 실제 항온조 내부에 있는 피측정 제품의 특성을 제대로 평가하기 어려워지는 현상이 발생한다.
본 발명의 전자파 특성 측정용 항온조 장치는 앞서 본 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명의 제 1 목적은 항온조의 온도 설정에 크게 영향을 받지 않으며 전자파를 원활하게 전달하는 열차단 선로를 장착함으로써, 항온조와 전자파 전송선로를 적절히 설계하여 온도변화에 의한 영향이 최소화될 수 있도록 하기 위함이다.
또한, 본 발명의 제 2 목적은 온도 변화 즉, 열에너지가 열차단 선로에 영향을 주지 못하도록 최대한 차폐 또는 차단시킴으로써, 피측정 대상물에 의해 생성된 전자파를 정확하면서 안정적으로 측정할 수 있게 하기 위함이다.
상기의 과제를 달성하기 위한 본 발명은 다음과 같은 구성을 포함한다.
즉, 본 발명의 실시예에 따른 전자파 특성 측정용 항온조 장치는, 피측정 대상물과 신호발생 및 계측기 간을 서로 연결시키며, 상기 피측정 대상물에 의해 생성된 전자파를 상기 신호발생 및 계측기로 전송하는 열차단 선로; 최외곽에 제 1, 2 능동 항온조 실드와 최내곽에 수동 항온조 실드를 구비하는 항온조; 상기 제 1, 2 능동 항온조 실드와 각각 연결된 제 1, 2 가이드링의 종단을 각각 수렴하는 단열재; 상기 열차단 선로의 외관상으로 드러나는 연결라인을 봉합하며, 제 3 가이드링에 의해 고정되는 제 1 열차단 구조물; 및 상기 열차단 선로와 상기 수동 항온조 실드가 체결수단에 의해 나사 결합될 경우 상기 체결수단과 동반 체결됨에 따라, 상기 수동 항온조 실드를 기준으로 번외 영역에서 발생된 열에너지를 차단하는 제 2 열차단 구조물을 포함하며, 상기 제 1 능동 항온조 실드와 제 2 능동 항온조 실드 간 또는 상기 수동 항온조 실드와 제 1 능동 항온조 실드 간에는 절연물질로 채워지는 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 전자파 특성 측정용 항온조 장치는 항온조의 온도 설정에 크게 영향을 받지 않으며 전자파를 원활하게 전달하는 열차단 선로를 장착함으로써, 항온조와 전자파 전송선로를 적절히 설계하여 온도변화에 의한 영향이 최소화될 수 있도록 하는 제 1 효과를 준다.
또한, 본 발명은 온도 변화 즉, 열에너지가 열차단 선로에 영향을 주지 못하도록 최대한 차폐 또는 차단시킴으로써, 피측정 대상물에 의해 생성된 전자파를 정확하면서 안정적으로 측정할 수 있게 하는 제 2 효과를 준다.
도 1은 일반적인 항온조 장치에 대한 전형적인 구조를 도시한 도면이다.
도 2는 일반적인 항온조 장치 내 설치된 피측정 대상물에 의해 생성된 출력전압 변화를 나타낸 그래프이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 전자파 특성 측정용 항온조 장치를 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 열차단 선로를 차폐시킨 단열재와 단열재에 수렴된 제 1, 2 능동 항온조 실드 간의 결합 상태를 도시한 세부 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 열차단 선로과 수동 항온조 실드 간의 결합 상태를 도시한 세부 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 전자파 특성 측정용 항온조 장치 내 설치된 피측정 대상물에 의해 생성된 출력전압 변화를 나타낸 그래프이다.
[실시예]
이하, 본 발명의 실시예에 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1은 일반적인 항온조 장치에 대한 전형적인 구조를 도시한 도면이다.
일반적인 항온조 장치(1000)는 피측정 대상물(device under measurement : 100)의 전자파 특성(S-parameters, 반사량 등)을 정확히 측정하는데 사용된다.
열차단 선로(200)의 제 1, 2 종단(210, 220)은 외부환경과 피측정 대상물(100)을 연결해 주는 전송선으로, 열차단 선로(200)의 제 1 종단(210)은 피측정 대상물(device under measurement : 100)과 연결되며 열차단 선로(200)의 제 2 종단(220)은 피측정 대상물(100)의 전자파 특성을 측정하기 위한 회로망 분석기 또는 신호 발생기(미도시)가 연결 가능하다.
항온조(300)는 3 단의 항온 실드(shield)를 포함하는 항온 구조를 갖는다.
일 예로, 일반적인 항온조 장치(1000)는 열차단 선로(200)의 제 2 종단(220)에 회로망 분석기(미도시)를 장착하여 이미 지정된 위치에 존재하는 피측정 대상물(100)의 전자파 특성을 측정한다고 가정해 보자.
일반적인 항온조 장치(1000)는 기내의 설정온도를 유지하기 위하여 외부에서 지속적으로 들어오는 열적인 외란(turbulence)을 상쇄하도록 가열 및 냉각과 같은 온도제어를 반복적으로 실시한다.
이로 인해, 항온조(300)는 온도제어에 의한 열적 변화를 끊임없이 일으켜 열차단 선로(200)을 타고 피측정 대상물(100)과 열차단 선로(200)의 제 2 종단(220) 측에 장착된 회로망 분석기(미도시)로 전도된다.
전자파 특성은 전자파 임피던스(impedance)의 변화에 민감한데, 전자파 임피던스는 길이(length)와 같은 물리적 변화에 직접적인 영향을 받는다.
다시 말해, 온도변화가 지속적으로 일어나면서 회로망 분석기(미도시)로 전달된 열에너지는 피측정 대상물(100), 열차단 선로(200) 및 회로망 분석기(미도시)의 물리적 특성 변화(길이, 전도도 등)를 유발시킴으로써, 임피던스 부정합(impedance mismatching) 증가 및 열차단 선로(200)의 기계적 결합 정도의 변화를 양산해 실제 피측정 대상물(100)이 가지는 전자파 특성을 왜곡시키는 주원인으로 작용한다고 볼 수 있겠다.
도 2는 열차단 선로(200)의 제 1 종단(210)에 회로망 분석기 또는 신호 발생기(미도시)를 장착하여 주기적인 신호를 입사한 후 열차단 선로(200)의 제 2 종단(220) 측에 장착된 피측정 대상물(100)의 출력전압의 변화를 측정한 결과이다.
측정결과를 보면 일반적인 항온조 장치(1000)의 온도제어로 인한 열에너지가 지속적으로 피특정 대상물(100)에 영향을 주어 출력신호는 마치 잡음이 심한 신호와 같다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 전자파 특성 계측용 항온조 장치를 도시한 도면이다.
도 3를 참조하면, 전자파 특성 계측용 항온조 장치(2000)는 항온조의 온도 설정에 크게 영향을 받지 않으며 전자파를 원활하게 전달하는 열차단 선로를 장착한 장치로, 피측정 대상물(2100), 열차단 선로(2200), 제 1, 2 능동 항온조 실드(2310, 2320), 수동 항온조 실드(2330)를 포함하는 항온조(2300), 단열재(2400), 제 1, 2, 3 가이드링(2510, 2520, 2530)을 총칭하는 가이드링(2500), 지지대(2600) 및 신호발생 및 계측기(2700)를 포함한다.
열차단 선로(2200)는 피측정 대상물(2100, ex : 전력센서, 수동소자 등)과 신호발생 및 계측기(2700) 간을 서로 연결시키며, 피측정 대상물(2100)에 의해 생성된 전자파를 신호발생 및 계측기(2700)로 전송하는 역할을 한다.
열차단 선로(2200)는 전도성 금속 재질인 동, 베릴륨 동, 스테인레스 스틸 또는 알루미늄 외부면에 금속물질(ex : 금, 은)로 도금해 형성되며 전자파를 외부 송출하며, 자체 내부에 0.95 내지 1의 유전율을 갖는 비열전도성 재질의 유전체를 구비한다.
항온조(2300)는 최외곽에 2단으로 형성된 제 1, 2 능동 항온조 실드(2310, 2320)와 최내곽에 수동 항온조 실드(2330)로 이루어지며, 열적 간섭을 최소화하기 위하여 제 1 능동 항온조 실드(2310)와 제 2 능동 항온조 실드(2320) 간 그리고, 수동 항온조 실드(2310)와 제 2 능동 항온조 실드(2320) 간은 스티로폼 또는 발포고무 등의 절연물질로 채워진다.
또한, 구조적인 측면이나 열전도성 측면에서, 각각의 항온조 실드(2310, 2320, 2330)는 독립적으로 구성되기 위하여 비열전도성 재질로 만들어진 지지대(2600)에 의해 균형을 유지한다.
제 1 능동 항온조 실드(2310)의 열에너지와 제 2 능동 항온조 실드(2320)의 열에너지가 열차단 선로(2200)을 타고 피측정 대상물(2100)과 신호발생 및 계측기(2700)에 흐르지 않도록 하기 위해, 비열전도성 재질로 제작된 제 1, 2 가이드링(2510, 2520)은 제 1, 2 능동 항온조 실드(2310, 2320)에 각각 장착된다.
금속과 같은 전도성 재질로 제작된 제 1, 2 능동 항온조 실드(2310. 2320)와 열차단 선로(2200)의 열적 결합을 최소화하기 위하여 제 1, 2 능동 항온 실드(2310, 2320)는 도 4에서 보는 바와 같이, 열차단 선로(2200)와 직접 닫지 않도록 하기 위해 제 1, 2 가이드 링(2510, 2520)과 각각 결합한다.
이 때, 제 1, 2 가이드 링(2510, 2520)은 열전도가 쉽게 일어나지 않는 프라스틱, 플렉시그라스, 아크릴 등의 재질이 권장된다.
제 1, 2 가이드링(2510, 2520)은 제 1, 2 능동 항온조 실드(2310. 2320)을 가이드해주는 링(ring)으로, 역시 마찬가지로 열전도를 억제하기 위하여 플라스틱, 플렉시그라스, 세라믹 물질에 의해 제작되나 전자파 전송에는 직접적으로 관여 않는 구조물이어서 별도의 도금 처리는 필요 없다.
단열재(2400)는 열차단 선로(2200)의 외부노출을 차단시키고 제 1, 2 능동 항온조 실드(2310, 2320)에 의해 발산되는 열적 간섭치를 최소화시키기 위해 제 1, 2 능동 항온조 실드(2310, 2320)와 각각 연결된 제 1, 2 가이드링(2510, 2520)의 종단을 각각 수렴한다.
단열재(2400)는 열차단 선로(2200)을 차폐하기 위한 열에너지 차단 수단으로 발포고무, 스티로폼에 의해 제작된다.
제 1, 2 능동 항온조 실드(2310, 2320)간 및 제 2 능동 항온조 실드과 수동 항온조 실드(2320, 2330) 간에는 스트로폼 또는 발포 고무 재질과 같은 절연물질(미도시)로 채워져 있어 간섭으로 인한 안정화 지연을 방지하고 대류에 의한 열순환을 억제한다.
제 1, 2 능동 항온조 실드(2310, 2320) 및 수동 항온조 실드(2330) 하단 일측면에 장착된 온도센서(2800)는 항온조(2300)의 잉여열(surplus heat)을 효과적으로 감지한다. 본 발명에서는 PT100, thermistor 등의 온도 센서를 적용한다.
피측정 대상물(2100)과 연결된 열차단 선로(2200)는 도 5에서 보여지는 바와 같이, 제 1, 2 열차단 구조물(2210, 2220)을 배치하며 열차단 선로(2200) 내부에서 일어나는 대류에 의한 열전도현상을 감소시키기 위해 유전률이 1(대략 0.95 내지 1)에 가까운 비열전도성 재질의 유전체를 포함한다.
즉, 도 5는 열 전이를 억제시키기 위하여 설계된 열차단 선로(2200)과 수동 항온조 실드(2330) 간의 결합 상태를 도시한 세부 도면이다.
제 1 열차단 구조물(2210)은 수동 항온조 실드(2330)을 기준으로 번외 영역에서부터 타고 들어오는 열변화를 억제하며 동시에 전자파를 통과시키기 위해 장착된 열차단 수단으로, 열차단 선로(2200)의 외관상으로 드러나 보이는 연결라인을 봉합시킨다.
제 2 열차단 구조물(2220)은 열차단 선로(2200)와 수동 항온조 실드(2330)가 체결수단(2230)에 의해 나사 결합될 경우 체결수단(2230)과 동반 체결됨에 따라, 수동 항온조 실드(2330)를 기준으로 번외 영역으로부터 유발된 열에너지를 차단한다.
바꿔말해, 수동 항온조 실드(2330)는 체결수단(2230)에 의해 열차단 선로(2200)의 일부와 직접 연결된다. 수동 항온조 실드(2330)는 온도변화가 지속적으로 일어나는 제 1, 2 능동 항온조 실드(2310, 2320)에 비해 열에너지를 축적할 만큼 사이즈가 큼으로 미소한 열적변화를 잠식시킬 수 있다.
제 1, 2 열차단 구조물(2210, 2220)은 플라스틱, 플렉시그라스, 세라믹 등의 열전도가 어려운 매질 외면에 금속성 물질로 도금하여 제작된다.
제 3 가이드링(2530)은 제 1 열차단 구조물을 가이드해주는 링(ring)으로, 역시 마찬가지로 열전도를 억제하기 위하여 플라스틱, 플렉시그라스, 세라믹 물질에 의해 제작되나 전자파 전송에는 직접적으로 관여 않는 구조물이어서 별도의 도금 처리는 필요 없다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 열차단 선로(2200)의 종단에 신호발생 및 계측기(2700)를 장착하여 주기적인 신호를 입사한 후, 열차단 선로(2200)의 다른 종단 측에 장착된 피측정 대상물(2100)에 의해 생성된 출력전압 변화를 측정한 결과이다.
측정결과를 보면 도 2에서의 측정결과와 다르게 수동 항온조 실드(2330)를 기준으로 번외 영역에서 발생된 열에너지는 제 1, 2 능동 항온조(2310, 2320) 및 수동 항온조 실드(2330)로 제어되고 이때의 온도변화도 열차단 선로(2200)로 전달되지 못하게 됨에 따라, 피측정 대상물(2100)에서 측정되는 출력전압의 변화가 안정화된 것을 확인할 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
2000 : 전자파 특성 계측용 항온조 장치 2100 : 피측정 대상물
2200 : 열차단 선로 2300 : 항온조
2310, 2320 : 제 1, 2 능동 항온조 실드 2330 : 수동 항온조 실드
2400 : 단열재 2500 : 가이드링
2510, 2520, 2530 : 제 1, 2, 3 가이드링 2600 : 지지대
2700 : 신호발생 및 계측기

Claims (6)

  1. 피측정 대상물과 신호발생 및 계측기 간을 서로 연결시키며, 상기 피측정 대상물에 의해 생성된 전자파를 상기 신호발생 및 계측기로 전송하는 열차단 선로;
    최외곽에 제 1, 2 능동 항온조 실드와 최내곽에 수동 항온조 실드를 구비하는 항온조;
    상기 제 1, 2 능동 항온조 실드와 각각 연결된 제 1, 2 가이드링의 종단을 각각 수렴하는 단열재;
    상기 열차단 선로의 외관상으로 드러나는 연결라인을 봉합하며, 제 3 가이드링에 의해 고정되는 제 1 열차단 구조물; 및
    상기 열차단 선로와 상기 수동 항온조 실드가 체결수단에 의해 나사 결합될 경우 상기 체결수단과 동반 체결됨에 따라, 상기 수동 항온조 실드를 기준으로 번외 영역으로부터 유발된 열에너지를 차단하는 제 2 열차단 구조물을 포함하며,
    상기 제 1 능동 항온조 실드와 제 2 능동 항온조 실드 간 또는 상기 수동 항온조 실드와 제 1 능동 항온조 실드 간에는 절연물질로 채워지는 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 하는 전자파 특성 측정용 항온조 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 열차단 선로는,
    전도성 금속 재질인 동, 베릴륨 동, 스테인레스 스틸 또는 알루미늄 외부면에 금속물질로 도금해 형성되며 상기 전자파를 외부 송출하며, 자체 내부에 0.95 내지 1의 유전율을 갖는 비열전도성 재질의 유전체를 구비하는 것을 특징으로 하는 전자파 특성 측정용 항온조 장치.
  3. 제 1 항에 있어서, 제 1, 2 열차단 구조물은,
    비열전도성 재질인 플라스틱, 플렉스그라스 또는 세라믹 외부면에 금속물질로 도금해 형성되며, 상기 수동 항온조 실드 외부로부터 발생된 열에너지를 차단시킴과 동시에 상기 전자파가 상기 열차단 선로를 관통해 상기 신호발생 및 계측기에 그대로 전달되게 하는 것을 특징으로 하는 전자파 특성 측정용 항온조 장치.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1, 2, 3 가이드 링은,
    비열전도성 재질에 해당하는 플라스틱, 플렉시그라스 또는 아크릴 재질로 생성되는 것을 특징으로 하는 전자파 특성 측정용 항온조 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1, 2 능동 항온조 실드 및 수동 항온조 실드 각각의 양쪽 일측면은 비열도성 재질인 지지대에 의해 균형 유지되는 것을 특징으로 하는 전자파 특성 측정용 항온조 장치.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 단열재는,
    스티로폼 및 발포고무 재질이 속하는 절연물질을 이용해 상기 열차단 선로를 차폐시키는 것을 특징으로 하는 전자파 특성 측정용 항온조 장치.
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