KR101335653B1

KR101335653B1 - 고출력 전자기 펄스파 방어용 안테나

Info

Publication number: KR101335653B1
Application number: KR1020130035138A
Authority: KR
Inventors: 우종명
Original assignee: 충남대학교산학협력단
Priority date: 2013-04-01
Filing date: 2013-04-01
Publication date: 2013-12-03

Abstract

본 발명은 고출력 전자기 펄스파 방어용 안테나에 관한 것으로서, 방사소자 및 접지면으로부터 각각 형성된 첨단부가 서로 대향하도록 구성하여, 고출력 전자기 펄스파가 입사될 경우, 입사파가 첨단부에서 방전에 의해 단락됨으로써, 고출력의 전자기 펄스파에 방어가 가능한 안테나를 제공함에 그 목적이 있다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 접지면; 소정의 유전율을 가지며, 상기 접지면 상에 적층되어 방사소자를 지지하는 유전체; 및 커플링 급전구조(coupling feeding)로 급전되는 방사소자; 를 포함하되, 상기 방사소자의 양단에는 수직하게 하측방향으로 제 1 첨단부가 형성되며, 상기 접지면에서 수직하게 상측방향으로 상기 제 1 첨단부와 대응하는 위치에 상기 제 1 첨단부와 대향하도록 제 2 첨단부가 형성되어, 고출력 전자기 펄스파(Electromagnetic pulse: EMP)가 입사될 경우, 입사파가 상기 제 1 첨단부와 제 2 첨단부에서 방전되어 단락되는 것을 특징으로 한다.

Description

고출력 전자기 펄스파 방어용 안테나{ANTENNA FOR PROTECTING ELECTROMAGNETIC PULSE WAVE}

본 발명은 고출력 전자기 펄스파(Electromagnetic pulse: EMP) 입사 시, 방사소자와 접지면의 단락 효과를 이용한 안테나에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 방사소자 및 접지면으로부터 각각 형성된 첨단부가 서로 대향하도록 구성하여, 고출력 전자기 펄스파가 입사될 경우, 입사파가 첨단부에서 방전에 의해 단락되는 고출력 전자기 펄스파 방어용 안테나에 관한 것이다.

종래 안테나와 관련해서는, 한국공개특허 제10-2006-0112020호(선행문헌 1)외에 다수 출원 및 공개되어 있다. 그러나, 상기한 선행문헌을 포함한 종래의 마이크로스트립 안테나는 고출력 전자기 펄스파(EMP)를 방어하지 못하는 문제점이 있었다.

고출력 전자기 펄스파(EMP)는, 전자기기를 마비시키거나 파괴시키는 강력한 전자무기의 하나이며, 전자기 펄스파 방어 설비는 강력하게 입사되는 전자기파를 차단시킴으로써 외부 전자기파에 민감한 전자기기를 보호하는 역할을 한다.

그러나, Li Deju, Cong Youliang의 논문(선행문헌 2)에 개시된 바와 같이, 현재 전자기 펄스파 방어 설비는, 안테나와 기기사이에 필터와 서지소자를 부착하거나 장비를 도체로 둘러싼 형태로 구성되어 있어, 고비용과 많은 설치공간이 요구되는 문제점이 있었다.

한국공개특허 제10-2006-0112020호(발명의 명칭: 1/4 파장 마이크로스트립 안테나, 출원인: 충남대학교 산학협력단)

Li Deju, Cong Youliang, "The research of protection from EMP of civil shelter," 1997 International Symposium on Electromagnetic Compatibility Proceedings, pp.493-495, 21-23, May 1997

본 발명은 상기와 같은 문제점을 감안하여 안출된 것으로, 방사소자 및 접지면으로부터 각각 형성된 첨단부가 서로 대향하도록 구성하여, 고출력 전자기 펄스파가 입사될 경우, 입사파가 첨단부에서 방전에 의해 단락됨으로써, 고출력의 전자기 펄스파에 방어가 가능한 안테나를 제공함에 그 목적이 있다.

이러한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명은 고출력 전자기 펄스파 방어용 안테나에 관한 것으로서, 접지면; 소정의 유전율을 가지며, 상기 접지면 상에 적층되어 방사소자를 지지하는 유전체; 및 커플링 급전구조(coupling feeding)로 급전되는 방사소자; 를 포함하되, 상기 방사소자의 양단에는 수직하게 하측방향으로 제 1 첨단부가 형성되며, 상기 접지면에서 수직하게 상측방향으로 상기 제 1 첨단부와 대응하는 위치에 상기 제 1 첨단부와 대향하도록 제 2 첨단부가 형성되어, 고출력 전자기 펄스파(Electromagnetic pulse: EMP)가 입사될 경우, 입사파가 상기 제 1 첨단부와 제 2 첨단부에서 방전되어 단락되는 것을 특징으로 한다.

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그리고 상기 제 1 첨단부와 제 2 첨단부 간의 간격을 조절함으로써, 방전전압을 조절하는 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 본 발명에 따르면, 전자기 펄스파를 방어하기 위해 별도의 필터나 서지를 부가시키지 않고 비용과 공간을 절감할 수 있으며, 안테나 자체에서 전자기 펄스파에 의해 야기되는 강력한 전압을 차단할 수 있는 효과가 있다.

도 1 은 본 발명에 따른 고출력 전자기 펄스파 방어용 안테나에 관한 구성도.
도 2 는 본 발명에 따른 방사소자 및 접지면으로부터 형성된 첨단부를 보이는 일예시도.
도 3 은 본 발명에 따른 고출력 전자기 펄스파 방어용 안테나의 반사손실을 보이는 일예시도.
도 4 는 본 발명에 따른 고출력 전자기 펄스파 방어용 안테나의 방사패턴을 보이는 일예시도.
도 5 는 기본 커플링 급전 안테나와 본 발명에 따른 고출력 전자기 펄스파 방어용 안테나의 고전압 방전 실험을 위한 회로도를 보이는 일예시도.
도 6 은 기본 커플링 급전 안테나와 본 발명에 따른 고출력 전자기 펄스파 방어용 안테나의 고전압 방전 실험 결과를 보이는 일예시도.
도 7 은 본 발명에 따른 첨단부 간의 간격(D)에 따른 방전 전압특성을 보이는 일예시도.

본 발명의 구체적 특징 및 이점들은 첨부도면에 의거한 다음의 상세한 설명으로 더욱 명백해질 것이다. 이에 앞서 본 발명에 관련된 공지 기능 및 그 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는, 그 구체적인 설명을 생략하였음에 유의해야 할 것이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세하게 설명한다.

본 발명에 따른 고출력 전자기 펄스파 방어용 안테나에 관하여 도 1 내지 도 7 을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

도 1 및 도 2 는 본 발명에 따른 고출력 전자기 펄스파 방어용 안테나에 관한 구성도이다.

본 발명에 따른 고출력 전자기 펄스파 방어용 안테나는, 1.575GHz의 고출력 전자기 방어용 안테나 구조로서, 소정의 유전율을 가지며, 접지면 상에 적층되어 방사소자를 지지하는 유전체(미도시), 금속재질로서 통상의 접지 기능을 수행하는 접지면(GND) 및 방사소자(100)를 포함하여 이루어진다.

이때, 방사소자(100)는 95mm × 75mm 의 크기를 가지며, 접지면(GND)은 300mm × 300mm 크기를 가진다. 본 실시예에서, 유전체의 유전율 및 형상과, 접지면의 형상 및 그 크기는 다양하게 설정될 수 있다.

또한, 방사소자(100)는 커플링 급전구조(coupling feeding)로 급전되며, 도 2 에 도시된 바와 같이, 방사소자(100)의 양단에는 수직하게 하측방향으로 제 1 첨단부(110)가 형성되며, 접지면(GND)에서 수직하게 상측방향으로 상기 제 1 첨단부(110)와 대응하는 위치에 상기 제 1 첨단부(110)와 대향하도록 제 2 첨단부(120)가 형성된다.
이때, 제 1 첨단부(110) 및 제 2 첨단부(120)에 전하가 많이 모이게 되고, 고출력 전자기 펄스파(Electromagnetic pulse: EMP)가 입사될 경우, 입사파는 이들 첨단부에서 방전에 의해 단락된다.

이때의, 반사손실 특성을 도 3 에 나타내었으며, 방사패턴은 도 4 에 나타내었다. 도 3 에서 볼 수 있듯이 중심주파수 1.575GHz에서 -10dB 이하로 매칭이 잘 이루어졌으며, -10dB 대역폭은 290MHz(18%)로 측정되었다. 또한, 도 4 에서 볼 수 있듯이 최대 이득 8.4dBi, E-면 빔폭 86°, H-면 빔폭 99°로 측정되어 전형적인 마이크로스트립 안테나로써 동작함을 확인하였다.

다음으로, 고출력을 가할 수 있는 설비 대신에 고출력 전자기 펄스파를 발생시켜 방어용 안테나의 방사소자와 접지면 양단에 전압을 가함으로써 안테나의 전자기 펄스파 방어 특성을 실험하고자, 기본 커플링 급전 안테나(a)와 본 발명에 따른 고출력 전자기 펄스파 방어용 안테나(b)에 대한 고전압 측정 세트를 설계하였으며, 그 회로도를 도 5 에 나타내었다.

전압조정기를 이용해 전압을 조정하면서 안테나 방사소자와 접지면에 고압 트랜스로 고전압을 가해 방전 유무를 확인하였다. 도 6 에는 안테나 근접에 고전압을 가했을 때, 첨단부에서의 방전이 되는 지점을 나타내었다.

기본 커플링 급전 안테나(a)는 6706.7V일 때 방전이 일어났으나, 본 발명에 따른 고출력 전자기 펄스파 방어용 안테나(b)는 2880V일 때 방전이 시작되어 설계된 안테나가 더 낮은 전압에 방전이 되는 것으로 나타났다.

도 7 에서는 첨단부 간의 간격(D)에 따른 방전 전압특성을 나타냈다.

방사소자(100)로부터 형성된 첨단부(110)와 접지면(GND)으로부터 형성된 첨단부(120) 간의 간격(D)을 0.5mm에서 2.0mm까지 0.5mm 간격으로 방전실험을 하였다.

간격(D)이 0.5mm일 때 2882.9V에서 방전되었고, 1mm일 때 2882.9V보다 약 200V 높은 전압 3103.1V에서 방전이 되었으며, 1.5mm일 때 3303.3V, 2mm일 때 3403.4V에서 방전이 되었다. 따라서, 약 0.5mm의 간격에 따라, 약 200V의 크기가 증가했다. 이 결과 간격(D)이 좁을수록 방전효과가 증대됨을 확인하였다.

본 발명에서는, 기초적인 고출력 전자기 방어용 안테나(중심주파수:1.575GHz)를 설계 및 제작하였다. 방전특성 측정 결과 기본 커플링 급전 마이크로스트립 안테나의 경우는 6706.7V에서 방전되었지만, 본 발명에 따른 고출력 전자기 펄스파 방어용 안테나는 2882.9V에서 방전되었다.

방어대책이 없는 방사소자로부터 형성된 첨단부와, 접지면으로부터 형성된 첨단부 간의 간격(D)을 0.5mm 간격으로 늘려 측정한 결과, 200V씩 증가된 방전전압을 알 수 있었다. 즉, 고출력 전자기 방어 대책이 된 안테나가 방어가 되지 않은 안테나보다 더 낮은 전압에서 방전현상이 나타났으며, 첨단부 간의 간격이 좁을수록 낮은 전압에 방전현상이 일어난다. 따라서, 본 발명에 따른 고출력 전자기 펄스파 방어용 안테나가 고출력 전자기 방어용 안테나의 기초로 활용 가능함을 예상할 수 있다.

이상으로 본 발명의 기술적 사상을 예시하기 위한 바람직한 실시예와 관련하여 설명하고 도시하였지만, 본 발명은 이와 같이 도시되고 설명된 그대로의 구성 및 작용에만 국한되는 것이 아니며, 기술적 사상의 범주를 일탈함이 없이 본 발명에 대해 다수의 변경 및 수정이 가능함을 당업자들은 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 그러한 모든 적절한 변경 및 수정과 균등물들도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주되어야 할 것이다.

100: 방사소자 110: 제 1 첨단부
120: 제 2 첨단부

Claims

접지면;
소정의 유전율을 가지며, 상기 접지면 상에 적층되어 방사소자를 지지하는 유전체; 및
커플링 급전구조(coupling feeding)로 급전되는 방사소자; 를 포함하되,
상기 방사소자의 양단에는 수직하게 하측방향으로 제 1 첨단부가 형성되며, 상기 접지면에서 수직하게 상측방향으로 상기 제 1 첨단부와 대응하는 위치에 상기 제 1 첨단부와 대향하도록 제 2 첨단부가 형성되어, 고출력 전자기 펄스파(Electromagnetic pulse: EMP)가 입사될 경우, 입사파가 상기 제 1 첨단부와 제 2 첨단부에서 방전되어 단락되는 것을 특징으로 하는 고출력 전자기 펄스파 방어용 안테나.
삭제
제 1 항에 있어서,
상기 제 1 첨단부와 제 2 첨단부 간의 간격을 조절함으로써, 방전전압을 조절하는 것을 특징으로 하는 고출력 전자기 펄스파 방어용 안테나.