KR101252604B1 - 안정된 방전을 위한 초광대역 강전자기파 복사용 스파크 갭 스위치 - Google Patents

안정된 방전을 위한 초광대역 강전자기파 복사용 스파크 갭 스위치 Download PDF

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류지헌
김천호
이재민
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국방과학연구소
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Abstract

본 발명은 두 전극 간의 중심부에서 안정적인 방전 특성을 갖도록 구성함으로써, 방사되는 전자기파 출력을 크게 안정화시킬 수 있는 초광대역 강전자기파 복사용 스파크 갭 스위치를 제공한다.
본 발명에 따른 초광대역 강전자기파 복사용 스파크 갭 스위치는 개구(201, 202)가 양측에 형성된 통형의 케이스(200); 케이스의 내부에서 간격을 가지고 대면하게 배치되는 상태로 케이스의 개구 내측에 고정되게 설치된 복수의 전극(210, 220); 및 케이스의 개구에 이동 가능하게 설치되어, 케이스에서 상기 복수의 전극의 상대적인 위치를 조정하면서 전극 각각의 후단부를 고정시키는 브래킷(230, 240); 복수의 전극 중 적어도 어느 하나의 전극 중심부 및 그 주위부에, 전극의 재질과 다른 재질로 형성된 전극보조재(212, 222); 및 전극보조재의 중심부에 전극보조재의 재질과 동종의 재질로 형성되어 안정된 방전을 유도하기 위한 전극돌기(213); 를 포함한다. 그리고, 각 브래킷에 의해 고정되는 각 전극의 전체 외주면이 케이스의 내주면과 접촉되지 않게 전극의 최대 외경이 케이스 내경보다 작은 것을 특징으로 한다.

Description

안정된 방전을 위한 초광대역 강전자기파 복사용 스파크 갭 스위치{A Spark Gap Switch for High Power Ultra-wideband Electromagnetic Field Radiation for Stabilized Discharge}
본 발명은 안정된 방전을 위한 초광대역 강전자기파 복사용 스파크 갭 스위치에 관한 것으로, 더 상세하게는 두 전극 간의 중심부에서 안정적인 방전 특성을 갖도록 구성함으로써, 방사되는 전자기파 출력을 크게 안정화시킬 수 있는 초광대역 강전자기파 복사용 스파크 갭 스위치에 관한 것이다.
일반적으로, 초광대역 전자기파 발생원은 초광대역 레이다, 매설물 탐지와 같은 분야에 널리 활용되는 장치로서, 크게 고출력의 펄스전원을 저장하는 에너지 저장소자, 저장된 에너지로부터 초광대역 펄스를 만들어 내는 스위칭 소자, 그리고 초광대역 펄스를 복사시키기 위한 안테나로 구성된다.
그리고, 초광대역 전자기파 발생원으로부터 공간상으로 복사되는 전자기파의 최대출력을 높이기 위해서는 에너지 저장소자의 정전용량을 높이고 스위칭 소자와 안테나의 부정합을 줄이며 안테나의 절연능력을 향상시키는 것이 무엇보다 중요하다.
본 출원인은 국내등록특허 제1015958호를 통하여, 고전력 스위칭 소자로 널리 이용되는 스파크 갭 스위치 역할을 수행하여 전기에너지 저장, 초광대역 펄스의 발생 및 복사 기능들을 동시에 수행할 수 있는 초광대역 강전자기파 복사용 스파크 갭 스위치를 제안한 바 있다.
도 1 및 도 2는 상기한 초광대역 강전자기파 복사용 스파크 갭 스위치를 나타낸 것이다. 도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이, 종래의 초광대역 강전자기파 복사용 스파크 갭 스위치는 케이스(100), 전극(111, 112), 고정 브래킷(120) 및 이동 브래킷(121)을 포함한다.
케이스(100)는 양측에 개구(101, 102)가 형성되고 내부에 공간이 형성되어 있는 비금속 절연재질의 통형구조로 이루어져 있다.
전극(111, 112)은 케이스(100)의 개구(101, 102) 내측에서 서로 마주하는 상태로 서로 이격 배치되어 있는데, 하나의 전극(111)은 고전압을 공급받는 고전압 전극이 되고, 다른 하나의 전극(112)은 고전압 전극에 대해 전위차를 형성하는 그라운드 전극이 된다. 이와 같은 한 쌍의 전극(111, 112)은 전원이 인가될 때, 전기에너지 저장과 초광대역 전자기펄스 발생 그리고 전자기파 복사 기능을 동시에 수행한다. 특히, 전극(111, 112)은 서로 마주보는 면적이 넓고, 전극(111, 112) 간의 간격을 줄여서 전극(111, 112) 양단에 의해 형성되는 정전용량을 증대시키도록 설계되어 있다. 즉, 전극(111, 112)은 전자기파를 발생시키는 스위치 역할로서, 전극(111, 112)과 케이스(100)에 의해 한정된 절연공간(115)에 전계를 저장하는 정전용량이 높아지도록 설계되어 있다.
그리고, 고정 브래킷(120)과 이동 브래킷(121)은 케이스(100)와 마찬가지로 절연재질로 이루어져 전극(111, 112) 내부에 삽입 설치됨으로써, 전극(111, 112) 간격을 조정하면서 전극(111, 112)의 위치를 고정하고 전극(111, 112) 사이에 가스 압력이 유지될 수 있도록 하는 역할을 수행한다. 여기서, 고정 브래킷(120)은 케이스(100)의 개구(102)에 고정되게 설치되어 케이스(100)에서 전극(112)을 고정한다. 그리고, 이동 브래킷(121)은 나사면(122)을 포함하여 케이스(100)의 개구(101)에 나사결합됨으로써 케이스(100)의 개구(101)에서 이동될 수 있게 설치된다.
한편, 고정 브래킷(120)과 이동 브래킷(121)에는, 전극(111, 112)에 고전압 펄스전원을 공급하는 고압 케이블이 내부로 통과하는 케이블 가이드(125)가 설치된다. 케이블 가이드(125)의 내측 단부는 전극(111, 112)의 내면부에 지지되며, 외측 부분에는 고정 브래킷(120)과 이동 브래킷(121)에 지지되는 환형판(126)이 형성되어 있다. 케이블 가이드(125)는 절연체로서 고압 케이블을 보호하고, 고압 케이블에서 아크의 유출을 차단한다.
그리고, 케이스(100)의 내면부에는, 전극(111, 112)의 외주면에 밀착되어 전극(111, 112) 사이에 공간을 밀폐하는 개스킷(117)이 구비된다.
이와 같은 구조를 갖는 초광대역 강전자기파 복사용 스파크 갭 스위치에 의하면, 고전력 스위칭 소자로 널리 이용되는 스파크 갭 스위치 기능을 가지며, 전기에너지 저장, 초광대역 펄스의 발생 및 복사 기능들을 동시에 수행하는 고출력 초광대역 전자기파 발생원으로 사용될 수 있다. 그리고, 전극(111, 112)의 구조가 전극(111, 112) 간의 정전용량이 증대되도록 면적이 넓고 간격이 조절되며, 고압가스에 의해 절연되어 있으므로 전자기파 발생의 에너지원인 스위치 저장에너지가 높다. 또한, 전극(111, 112)의 형상이 안테나가 되도록 설계되어 스위칭 채널과 안테나의 부정합이 줄어들고, 안테나인 전극(111, 112)이 스파크 갭 스위치를 채우고 있는 고압가스에 의해 둘러싸여 있음으로써 전극(111, 112)의 절연능력이 향상되고, 전극(111, 112) 사이에서 복사되는 초광대역 전자기파의 세기가 증대된다.
그러나, 상기한 초광대역 강전자기파 복사용 스파크 갭 스위치는 전극의 정전용량을 크게 하기 위하여 두 전극(111, 112)이 서로 마주 보는 면이 넓고 완만하게 설계되어 있으므로, 이상적으로는 두 전극(111, 112)의 거리가 최소인 전극의 중심부에서 방전이 일어나야 하지만 실제로는 두 전극이 마주 보고 있는 면의 임의의 위치에서 방전이 발생되는 경우가 있었다.
또한, 전극의 최대 직경이 케이스(100)의 내경과 거의 같도록 설계되어 있기 때문에 케이스(100)의 안쪽 표면을 따라 발생되는 방전에 취약한 문제가 있었다. 즉, 도 1에 도시한 바와 같이, 대향하는 두 전극(111, 112)의 후단 외면부와 케이스(100)의 내면부가 맞닿아 있어 두 전극(111, 112)의 상대적인 위치를 고정하는 두 브래킷(120, 121) 사이의 거리(d1)가 상대적으로 짧기 때문에, 케이스(100)의 내부표면으로 표면방전을 초래하는 경우가 있다. 이와 같이 전극(111, 112)의 중심부에서 벗어난 위치에서 방전이 발생되면 복사되는 강전자기파의 출력이 낮아지고 방사패턴도 달라져서 사용목적에 부합되지 않는다.
따라서, 본 발명은 상기한 종래의 문제점을 감안하여 이루어진 것으로, 전극 간의 중심부에서 안정적인 방전 특성을 갖도록 구성함으로써, 방사되는 전자기파 출력을 크게 안정화시킬 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 개구가 양측에 형성된 통형의 케이스;
상기 케이스의 내부에서 간격을 가지고 대면하게 배치되는 상태로 상기 케이스의 개구 내측에 고정되게 설치되고, 정전용량이 증대되도록 서로 대면하는 면부가 평면 또는 곡면으로 형성된 복수의 전극; 및
상기 케이스의 개구에 이동 가능하게 설치되어, 상기 전극 각각의 후단부를 고정시키는 브래킷; 및
상기 서로 대면하는 복수의 전극 중 적어도 어느 하나의 전극 중심부에 형성되어 안정된 방전을 유도하기 위한 전극돌기;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 초광대역 강전자기파 복사용 스파크 갭 스위치를 제공한다.
본 발명에 있어서, 상기 서로 대면하는 복수의 전극은 "⊃"형상으로 형성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 서로 대면하는 복수의 전극 중 적어도 하나의 전극 중심부 및 그 주위부에는, 상기 전극의 재질과 다른 재질의 전극보조재가 형성되어 있고,
상기 전극돌기는 상기 전극보조재의 중심부에 상기 전극보조재의 재질과 동종의 재질로 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 전극보조재와 상기 전극돌기는 상기 복수의 전극 양쪽에 형성되어 있고, 상기 복수의 전극 중 하나의 전극의 중심부에 형성되는 전극보조재는 다른 하나의 전극의 중심부에 형성되는 전극보조재의 직경보다 큰 직경을 갖는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 전극보조재와 상기 전극돌기는 텅스텐, 구리-텅스텐, 또는 몰리브덴 중 어느 하나의 재질로 이루어져 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 전극돌기의 직경은 상기 전극의 최대 직경의 1~10%이고, 상기 전극돌기의 높이는 상기 전극의 최대 직경의 0.2~2%인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 전극돌기의 직경은 상기 전극의 최대 직경의 5%이고, 상기 전극돌기의 높이는 상기 전극의 최대 직경의 0.5%인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 전극돌기의 모서리는 곡면 가공된 환형 형상으로 이루어져 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 브래킷 각각은 상기 케이스의 내경에 상응하는 외경을 갖는 원판형 본체와,
상기 본체의 외경보다 작고 상기 전극의 내경에 상응하는 외경을 갖도록 상기 본체의 일단부에 수평 돌출형성되어 상기 전극 내에 삽입 고정되는 삽입고정부;
를 포함하고,
상기 본체와 삽입고정부 사이에는 전극의 후단면이 지지되는 원형 단턱부가 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 브래킷의 본체와 삽입고정부의 각 외주면에는, 나사면이 형성되어 있고,
상기 케이스의 양단 내주면에는, 상기 본체의 나사면에 상응하는 나사면이 형성되어 있고,
상기 전극의 타단 내주면에는, 상기 삽입고정부의 나사면에 상응하는 나사면이 형성되어 있고,
이에 의해 상기 브래킷이 상기 케이스의 개구에 이동 가능하도록 상기 케이스에서 상기 복수의 전극의 상대적인 위치를 조정하면서, 상기 케이스의 개구 및 상기 전극과 나사결합되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 브래킷 각각에는, 상기 전극에 고전압 펄스전원을 공급하는 고압 케이블이 내부로 통과되도록 케이블 통공이 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 케이스 내에서 상기 복수의 전극을 고정하는 두 브래킷 사이의 거리를 증대시켜 상기 케이스의 내부표면으로 표면방전이 일어나지 않도록, 상기 브래킷에 의해 고정되는 상기 복수의 전극의 전체 외주면이 상기 케이스의 내주면과 접촉되지 않게 상기 복수의 전극의 최대 외경이 상기 케이스 내경보다 작은 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 복수의 전극 및 상기 케이스에 의해 한정된 절연공간 내에는, 고전압 절연용 물질이 저장되고, 상기 절연공간 내로부터의 상기 고전압 절연용 물질의 누설을 방지하도록, 상기 브래킷의 후단 외면부와 상기 케이스의 내면부 사이 및 상기 전극의 내면부와 상기 브래킷 의 선단 외면부 사이에 개스킷이 밀착 설치되어 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 두 전극 중 적어도 하나의 전극 중심부에 전극 재질과 다른 재질의 전극보조재를 형성함과 함께 그 전극보조재의 중심부에 안정된 방전을 유도하기 위한 전극돌기를 형성함으로써, 두 전극 간의 안정적인 방전 특성을 가질 수 있고, 또한 두 전극의 상대적인 위치를 고정하는 두 브래킷 사이의 거리를 종전에 비해 길게 함으로써, 케이스의 내부 표면을 따라 방전되는 표면방전현상을 억제할 수 있다. 이에 의해, 반복구동 시에 강전자기파 복사용 스파크 갭 스위치로부터 방사되는 전자기파 출력을 크게 안정화시킬 수 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 초광대역 강전자기파 복사용 스파크 갭 스위치의 케이스를 절단한 정면도.
도 2는 도 1의 종단면도.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 안정적인 방전 특성을 갖는 초광대역 강전자기파 복사용 스파크 갭 스위치의 종단면도.
도 4는 도 3의 전극 중심부의 확대도.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 안정적인 방전 특성을 갖는 초광대역 강전자기파 복사용 스파크 갭 스위치의 분해 사시도.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 안정적인 방전 특성을 갖는 초광대역 강전자기파 복사용 스파크 갭 스위치의 종단면도이고, 도 4는 도 3의 전극 중심부의 확대도이며, 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 안정적인 방전특성을 갖는 초광대역 강전자기파 복사용 스파크 갭 스위치의 분해 사시도이다.
도면에 도시한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 초광대역 강전자기파 복사용 스파크 갭 스위치는 케이스(200), 한 쌍의 전극(210, 220), 한 쌍의 브래킷(230, 240)을 포함한다.
케이스(200)는 아래에 설명하는 한 쌍의 전극(210, 220) 사이의 절연공간(S) 내에 절연물질(270)을 가두어 두는 절연재질의 케이스로서, 양측에 개구(201, 202)가 형성되고 내부에 공간이 형성되어 있는 통형 구조로 이루어져 있다.
한 쌍의 전극(210, 220)은 고전압을 공급받는 고전압 전극이 되는 전극(210)과 고전압 전극에 대해 전위차를 형성하는 전극(220)으로 이루어져 있으며, 케이스(200)의 개구(201, 202) 내측에서 서로 대향하는 상태로 이격 배치되어 있다. 이와 같은 한 쌍의 전극(210, 220)은 전원이 인가될 때, 전기에너지 저장과 초광대역 전자기펄스 발생 그리고 전자기파 복사 기능을 동시에 수행한다.
또한, 전극(210, 220)은 서로 대향하는 면부가 일정한 면적이 있는 평면 또는 곡면을 갖는, 대략 "⊃"와 같은 형상으로 동일하게 형성됨으로써, 서로 마주보는 면적이 넓고, 전극(210, 220) 간의 간격을 줄여서 전극(210, 220) 양단에 의해 형성되는 정전용량을 증대시키도록 설계되어 있다. 즉, 전극(210, 220)은 전자기파를 발생시키는 스위치 역할로서, 정전용량이 높아지도록 설계되어 있다. 또한, 전극(210, 220)에 설정된 전압이상의 전압이 공급되어 전극돌기(213)에서 방전이 일어나 강전자기파가 발생하였을 때, 전극(210, 220)이 안테나 역할을 할 수 있도록, 외주면을 따라 불연속면의 면부가 절곡되는 경계를 이루는 환형라인(211)을 포함한다.
특히, 전극(210, 220)은 서로 대면하는 중심부에 안정된 방전을 유도하기 위한 전극돌기(213)를 구비하고 있다. 도 3에서는, 전극돌기(213)가 어느 하나의 전극, 예컨대 전극(210)에 형성된 예를 예시하고 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 두 전극(210, 220) 모두에 형성될 수도 있다. 전극(210, 220)의 중심부에서의 안정적인 방전이 일어나도록 하기 위해서 가장 중요한 것은 전극돌기(213)의 직경과 높이이다.
먼저, 전극돌기(213)의 직경은 전극(210, 220)의 직경보다 작아야 한다. 그러나, 전극돌기(213)의 직경이 전극(210, 220)의 최대 직경에 비해 상대적으로 커지면, 전극돌기(213) 내에서도 여러 지점에서 방전이 일어나고 상대적으로 큰 편차를 보이는 방전 위치는 방사되는 전자기파의 출력을 불안정시키는 원인이 될 수 있고, 전극돌기(213)의 직경이 전극(210, 220)의 최대 직경에 비해 너무 작으면, 전극돌기(213)의 형상이 너무 뾰족하게 되어 전극돌기(213)의 주변부에 강전계가 형성될 수 있고 이로 인하여 낮은 전압에서 방전이 일어나게 되므로 전자기파의 출력 저하를 초래할 수도 있다. 따라서, 전극돌기(213)의 직경은 전극(210, 220)의 최대 직경의 1~10%인 것이 바람직하고, 더 바람직하게는 전극(210, 220)의 최대 직경의 5%이다.
한편, 전극돌기(213)의 높이는 전극(210, 220)의 최대 직경의 0.2~2%인 것이 바람직하다. 전극돌기(213)의 높이가 전극(210, 220)의 최대 직경의 0.2%보다 작으면, 상대적으로 돌출된 효과가 없고, 전극(210, 220)의 최대 직경의 2%를 초과하면 전극(210, 220) 사이의 거리 증대로 인하여 전자기파의 출력이 감소될 우려가 있다. 보다 바람직하게는, 전극돌기(213)의 높이는 전극(210, 220)의 최대 직경의 0.5%이다.
그리고, 전극돌기(213)의 모서리는 곡면 가공된 환형 형상으로 이루어져 있다. 이와 같은 조건으로 전극돌기(213)를 형성하면, 전극(210, 220)의 정전용량을 크게 감소시키지 아니하면서도 전극(210, 220)이 비교적 높은 방전개시 전압을 가질 수 있도록 할 수 있고, 특히 방전이 전극(210, 220)의 중심부에 집중되고 안정되도록 할 수 있다.
한편, 전극(210, 220)의 방전을 반복적으로 발생시킬 경우 방전 부분의 침식에 따른 형상 변화로 절연 내력이 저하될 수 있기 때문에 이를 해결하기 위해 본 발명에서는, 전극돌기(213)가 형성되는 전극(210, 220)의 중심부 및 그 주위부에 방전 내구성이 우수한 텅스텐, 구리-텅스텐, 또는 몰리브덴 중 어느 하나의 재질로 이루어진 전극보조재(212, 222)가 형성되어 있다. 상기한 전극돌기(213)는 이와 같은 전극보조재(212, 222)의 중심부에 형성되어 있으며, 전극보조재(212, 222)와 마찬가지로 방전에 따른 침식에 강하고 전기전도도가 우수한 텅스텐, 구리-텅스텐, 또는 몰리브덴 중 어느 하나의 재질로 이루어져 있다.
이와 같이, 전극돌기(213)와 전극돌기(213) 주위부만을 방전에 대한 내구성이 높은 이종 재질로 구성하는 이유는, 전극(210, 220) 전체를 텅스텐, 구리-텅스텐, 또는 몰리브덴 재질로 만들면 무겁고, 비용이 많이 들뿐만 아니라, 가공성도 나쁘기 때문에, 부피가 큰 전극 몸체는 알루미늄 등과 같은 가벼운 금속을 사용하고 방전 위치 주위에만 상기와 같은 이종 재질을 적용한 것이다.
그런데, 이와 같은 전극보조재(212, 222)를 양 전극(210, 220)에 적용할 때, 만약 양쪽 전극보조재(212, 222)의 직경이 같다면 양쪽 전극보조재(212, 222)의 원둘레가 서로 마주보게 되어 이 부위에서 방전이 발생될 가능성이 크다. 왜냐하면 가공오차, 열팽창 계수 차이, 이종 재료의 접합 등에 의하여 전극보조재(212, 222)의 원둘레를 따라 전기적 방전 취약부분이 형성되는데, 이 취약 부분이 서로 최단 거리에서 마주하게 되기 때문이다. 따라서, 본 발명에서는, 이러한 전극보조재(212, 222) 사용의 단점을 해결하기 위해 도 4로부터 명확히 알 수 있는 바와 같이, 한쪽 전극보조재(예컨대, 도 4에서의 전극보조재(212))는 큰 직경을 갖게 하고 다른 쪽 전극보조재(예컨대, 도 4에서의 전극보조재(222))는 상대적으로 작은 직경을 갖도록 형성함으로써 두 전극보조재(212, 222)의 원둘레가 서로 마주하지 않도록 하고 있다.
한 쌍의 브래킷(230, 240)은 케이스(200)의 개구(201, 202)에 이동 가능하게 설치되어 케이스(200)에서 두 전극(210, 220)의 상대적인 위치를 조정하면서 고정하도록 구성되어 있다. 즉, 한 쌍의 브래킷(230, 240)은 케이스(200)의 내경에 상응하는 외경을 갖는 원판형 본체(231, 241)와, 본체(231, 241)의 외경보다 작고 전극(210, 220)의 내경에 상응하는 외경을 갖도록 본체(231, 241)의 일단부에 수평 돌출형성되어 전극(210, 220) 내에 삽입 고정되는 삽입고정부(232, 242)를 포함하고, 본체(231, 241)와 삽입고정부(232, 242) 사이에 전극(210, 220)의 후단면이 지지되는 원형 단턱부(233, 234)가 형성되는 구조로 이루어져 있다. 그리고, 브래킷(230, 240)을 구성하는 본체(231, 241)와 삽입고정부(232, 242)의 각 외주면에는 나사면(234, 235, 244, 245)이 형성되어 있고, 케이스(200)의 양단 내주면에는 본체(231, 241)의 나사면(234, 244)에 상응하는 나사면(203)이 형성되어 있으며, 전극(210, 220)의 타단(즉, 전극돌기(213)가 형성되는 반대쪽 단부)의 내주면에는 삽입고정부(232, 242)의 나사면(235, 245)에 상응하는 나사면(214)이 형성되어 있다. 다만, 상기 본체(231, 241)에 형성되는 나사면(234, 244)은 본체(231, 241)의 외주면 전체가 아니라 일부에만 형성되어 있다. 이러한 구조에 의해, 브래킷(230, 240)은 도 3에 도시한 바와 같이 케이스(200)의 개구(201, 201)와 전극(210, 220)과 나사결합됨으로써 케이스(200)에서 전극(210, 220)을 간편하게 고정할 수 있게 된다. 본 발명에서는, 상기와 같이 한 쌍의 브래킷(230, 240)이 한 쌍의 전극(210, 220)의 상대적인 위치를 조정하면서 상기 극(210, 220)의 후단부를 고정시키도록 이동하는 방식에 대하여 설명하였지만, 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 설계 시에 한 쌍의 전극(210, 220)의 최적 위치를 찾아 그 위치에 바로 브래킷(230, 240)을 전극(210, 220)에 고정하는 방식도 가능하다.
한편, 본 발명에서는, 케이스(200) 내부표면으로 방전될 가능성을 크게 감소시키기 위해, 도 3에 도시한 바와 같이 두 전극(210, 220) 사이와 두 전극(210, 220)과 케이스(200) 사이에 절연공간(S)을 형성하고 있다. 두 전극(210, 220)과 케이스(200) 사이의 절연공간(S)은 케이스(200) 표면방전을 억제하기 위해 전극(210, 220)의 최대 외경을 케이스(200) 내경보다 작게 함으로써 형성된다. 이러한 절연공간(S)에 의해, 케이스(200)와 브래킷(230, 240)에 의해 고정되는 두 전극(210, 220)의 후단 외면과 케이스(100)의 내면이 간격을 두고 떨어져 있음으로써, 두 전극(210, 220)의 상대적인 위치를 고정하는 두 브래킷(230, 240) 사이의 거리(d)가 도 1에 도시한 거리(d1)에 비하여 길어지므로, 케이스(200)의 내부 표면을 따라 방전되는 표면방전현상이 일어날 가능성이 낮아지게 된다.
이와 같이 복수의 전극(210, 220) 및 케이스(200)에 의해 한정된 절연공간(S) 내에는, 액체 또는 기체인 고전압 절연용 물질(270)이 충진된다. 그리고, 이러한 고전압 절연용 물질(270)이 케이스(200)로부터 누설되는 것을 방지하기 위해, 도 3에 도시하는 바와 같이, 브래킷(230, 240)의 후단 외면부와 케이스(200)의 내면부 사이에 개스킷(250)이 밀착 설치되어 있다. 도 1에서는, 개스킷(117)을 전극(111, 112)과 케이스(100) 사이에 설치하고 있지만, 본 발명에서는, 전술한 바와 같이 개스킷(250)을 브래킷(230, 240)과 케이스(200) 사이에 위치하도록 설치함으로써 도 1에 비해 안정적인 고전압 내력을 가질 수 있다. 마찬가지로, 전극(210, 220)의 내면부와 브래킷(230, 240)의 선단 외면부, 즉 삽입고정부(232, 242) 사이에 상기와 같은 작용을 하는 개스킷(260)이 밀착 설치된다.
그리고, 한 쌍의 브래킷(230, 240) 각각에는, 전극(210, 220)에 고전압 펄스전원을 공급하는 고압 케이블이 내부로 통과되도록 케이블 통공(236, 246)이 형성되어 있다.
이와 같은 구조를 갖는 초광대역 강전자기파 복사용 스파크 갭 스위치에 의하면, 고전력 스위칭 소자로 널리 이용되는 스파크 갭 스위치 기능을 가지며, 전기에너지 저장, 초광대역 펄스의 발생 및 복사 기능들을 동시에 수행하는 고출력 초광대역 전자기파 발생원으로 사용될 수 있으며, 특히 중심부에서 안정적인 방전 특성을 가짐으로써 반복구동 시에 강전자기파 복사용 스파크 갭 스위치로부터 방사되는 전자기파 출력도 크게 안정화시킬 수 있다.
이상, 바람직한 실시예를 통하여 본 발명에 관하여 상세히 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양하게 변경, 응용될 수 있음은 당업자에게 자명하다. 따라서, 본 발명의 진정한 보호 범위는 다음의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술적 사상은 본 발명의 권리 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
200 : 케이스
201, 202 : 개구
203 : 나사면
210, 220 : 전극
211 : 환형라인
212, 222 : 전극보조재
213 : 전극돌기
214 : 나사면
230, 240 : 브래킷
231, 241 : 본체
232, 242 : 삽입고정부
233, 243 : 원형 단턱부
234, 235, 244, 245 : 나사면
236, 246 : 케이블 통공
250, 260 : 개스킷
270 : 고전압 절연용 물질
d : 거리
S : 절연공간

Claims (13)

  1. 개구(201, 202)가 양측에 형성된 통형의 케이스(200);
    상기 케이스(200)의 내부에서 간격을 가지고 대면하게 배치되는 상태로 상기 케이스(200)의 개구(201, 202) 내측에 고정되게 설치되고, 정전용량이 증대되도록 서로 대면하는 면부가 평면 또는 곡면으로 형성된 복수의 전극(210, 220); 및
    상기 케이스(200)의 개구(201, 202)에 설치되어, 상기 케이스(200)에서 상기 전극(210, 220) 각각의 후단부를 고정시키는 브래킷(230, 240); 및
    상기 서로 대면하는 복수의 전극(210, 220) 중 적어도 어느 하나의 전극 중심부에 형성되어 안정된 방전을 유도하기 위한 전극돌기(213);
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 초광대역 강전자기파 복사용 스파크 갭 스위치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 서로 대면하는 복수의 전극(210, 220)은 "⊃"형상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 초광대역 강전자기파 복사용 스파크 갭 스위치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 서로 대면하는 복수의 전극(210, 220) 중 적어도 하나의 전극 중심부 및 그 주위부에는, 상기 전극(210, 220)의 재질과 다른 재질의 전극보조재(212, 222)가 형성되어 있고,
    상기 전극돌기(213)는 상기 전극보조재(212, 222)의 중심부에 상기 전극보조재(212, 222)의 재질과 동종의 재질로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 초광대역 강전자기파 복사용 스파크 갭 스위치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 전극보조재(212, 222)와 상기 전극돌기(213)는 상기 복수의 전극(210, 220) 양쪽에 형성되어 있고, 상기 복수의 전극(210, 220) 중 하나의 전극(210)의 중심부에 형성되는 전극보조재(212)는 다른 하나의 전극(220)의 중심부에 형성되는 전극보조재(222)의 직경보다 큰 직경을 갖는 것을 특징으로 하는 초광대역 강전자기파 복사용 스파크 갭 스위치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 전극보조재(212, 222)와 상기 전극돌기(213)는 텅스텐, 구리-텅스텐, 또는 몰리브덴 중 어느 하나의 재질로 이루어져 있는 것을 특징으로 하는 초광대역 강전자기파 복사용 스파크 갭 스위치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 전극돌기(213)의 직경은 상기 전극(210, 220)의 최대 직경의 1~10%이고, 상기 전극돌기(213)의 높이는 상기 전극(210, 220)의 최대 직경의 0.2~2%인 것을 특징으로 하는 초광대역 강전자기파 복사용 스파크 갭 스위치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 전극돌기(213)의 직경은 상기 전극(210, 220)의 최대 직경의 5%이고, 상기 전극돌기(213)의 높이는 상기 전극(210, 220)의 최대 직경의 0.5%인 것을 특징으로 하는 초광대역 강전자기파 복사용 스파크 갭 스위치.
  8. 제3항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전극돌기(213)의 모서리는 곡면 가공된 환형 형상으로 이루어져 있는 것을 특징으로 하는 초광대역 강전자기파 복사용 스파크 갭 스위치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 브래킷(230, 240) 각각은 상기 케이스(200)의 내경에 상응하는 외경을 갖는 원판형 본체(231, 241)와,
    상기 본체(231, 241)의 외경보다 작고 상기 전극(210, 220)의 내경에 상응하는 외경을 갖도록 상기 본체(231, 241)의 일단부에 수평 돌출형성되어 상기 전극(210, 220) 내에 삽입 고정되는 삽입고정부(232, 242);
    를 포함하고,
    상기 본체(231, 241)와 삽입고정부(232, 242) 사이에는 전극(210, 220)의 후단면이 지지되는 원형 단턱부(233, 243)가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 초광대역 강전자기파 복사용 스파크 갭 스위치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 브래킷(230, 240)의 본체(231, 241)와 삽입고정부(232, 242)의 각 외주면에는, 나사면(234, 235, 244, 245)이 형성되어 있고,
    상기 케이스(200)의 양단 내주면에는, 상기 본체(231, 241)의 나사면(234, 244)에 상응하는 나사면(203)이 형성되어 있고,
    상기 전극(210, 220)의 타단 내주면에는, 상기 삽입고정부(232, 242)의 나사면(235, 245)에 상응하는 나사면(214)이 형성되어 있고,
    이에 의해, 상기 브래킷(230, 240)이 상기 케이스(200)의 개구(201, 202)에 이동 가능하도록 상기 케이스(200)에서 상기 복수의 전극(210, 220)의 상대적인 위치를 조정하면서 상기 케이스(200)의 개구(201, 201)와 상기 전극(210, 220)과 나사결합되는 것을 특징으로 하는 초광대역 강전자기파 복사용 스파크 갭 스위치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 브래킷(230, 240) 각각에는, 상기 전극(210, 220)에 고전압 펄스전원을 공급하는 고압 케이블이 내부로 통과되도록 케이블 통공(236, 246)이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 초광대역 강전자기파 복사용 스파크 갭 스위치.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 케이스(200) 내에서 상기 복수의 전극(210, 220)을 고정하는 두 브래킷(230, 240) 사이의 거리(d)를 증대시켜 상기 케이스의 내부 표면으로 표면방전이 일어나지 않도록, 상기 브래킷(230, 240)에 의해 고정되는 상기 복수의 전극(210, 220)의 전체 외주면이 상기 케이스(200)의 내주면과 접촉되지 않게 상기 복수의 전극(210, 220)의 최대 외경이 상기 케이스(200) 내경보다 작은 것을 특징으로 하는 초광대역 강전자기파 복사용 스파크 갭 스위치.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 전극(210, 220) 및 상기 케이스(200)에 의해 한정된 절연공간 (S) 내에는, 고전압 절연용 물질(270)이 저장되고, 상기 절연공간(S) 내로부터의 상기 고전압 절연용 물질(270)의 누설을 방지하도록, 상기 브래킷(230, 240)의 후단 외면부와 상기 케이스(200)의 내면부 사이 및 상기 전극(210, 220)의 내면부와 상기 브래킷(230, 240)의 선단 외면부 사이에 개스킷(260)이 밀착 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 초광대역 강전자기파 복사용 스파크 갭 스위치.
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