KR101343218B1 - 마이크로파 발생 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 마이크로파 발생 장치에 관한 것으로, 마그네트론(Magnetron) 자체에서 발생시키는 마이크로파 신호를 통해 마그네트론 발진 주파수가 고정되는 셀프 락킹(Self locking)이 이루어지는 마이크로파 발생 장치에 관한 것이다.
본 발명에 따른 마이크로파 발생 장치는 발진을 통해 마이크로파 신호를 발생시키는 마그네트론(Magnetron)과, 마그네트론에서 발생시킨 마이크로파 신호를 수신하는 커플러(Loop Coupler)와, 커플러에 수신된 마이크로파 신호 중 마그네트론 고유의 발진 주파수 대역에 해당하는 신호만을 통과시켜 마그네트론으로 입사시키는 대역 통과 필터를 포함하여 이루어진다.
마그네트론, 발진, 마이크로파, 주파수 고정, 커플러

Description

마이크로파 발생 장치{MICROWAVE GENERATING APPARATUS}
본 발명은 마이크로파 발생 장치에 관한 것으로, 마그네트론(Magnetron) 자체에서 발생시키는 마이크로파 신호를 통해 마그네트론 발진 주파수가 고정되는 셀프 락킹(Self locking)이 이루어지는 마이크로파 발생 장치에 관한 것이다.
마그네트론의 발진 주파수는 부하(Load)의 변화와 마그네트론 자체의 출력변화에 따라서 예측이 불가능하게 변화될 수 있다.
도 1은 그러한 마그네트론을 이용한 마이크로파 발생 장치에서 발생되는 신호들을 도시한 것으로, 마이크로파 발생 장치는 기 설정되어 있는 메인(Main) 주파수 대역의 신호를 이외에도 상황에 따라 사이드 밴드(Side Band) 신호 및 고조파(Harmonics) 신호를 발생시킨다. 그래서 마이크로파 발생 장치에서 발생시키는 마이크로파 주파수 대역과 이에 밀접하게 존재하는 현재 Wibro, HSDPA, 무선 랜(Wireless Lan)(IEEE802.11계열), Zigbee(IEEE802.15계열), 블루투스(Bluetooth)(IEEE802.15계열), RFID, 위성 전화 등에서 사용 중인 주파수 대역 간에는 주파수 간섭이 발생될 소지가 높다.
현재 마그네트론을 이용한 마이크로파 발생 장치는 고가의 TWT(Traveling-Wave Tube)를 대신하여 저가로 이용될 수 있기 때문에 그 활용도는 증가하는 추세이다. 그러한 일 예로, 마이크로파 발생 장치는 마이크로 웨이브 오븐에 사용되는 것 이외에도 조명 시스템인 플라즈마 라이트닝 시스템(PLS : Plasma Lightning System)에 이용될 전망이다. 여기서, 플라즈마 라이트닝 시스템에 대해서 간단하게 살펴보면, 플라즈마 라이트닝 시스템은 마이크로파 송신장치에서 발생되는 마이크로파를 도파관을 통해 원통형의 공진기에 전달하고, 공진기의 내부에 설치된 무전극 전구에 인가되어 전구에 봉입된 발광물질이 플라즈마에 의해 여기되며 가시광선 또는 자외선을 발광하는 조명기기이다.
이러한 플라즈마 라이트닝 시스템은 일반적으로 사용하는 백열등이나 형광등에 비하여 수명이 길고 조명의 효과가 우수한 특징을 지니고 있음에 따라, 가로등 시스템에 이용될 예정이며, 비교적 작은 밀폐된 공간이 아닌 넓은 공간 내에서 이용될 것이기에 마이크로파 발생 장치의 사용으로 인해 발생될 수 있는 주파수 간섭 현상의 효과는 크게 영향을 미치게 될 것이다.
마그네트론의 발진 주파수는 한 주파수로 고정되지 않고 자체 특성 및 외부 부하의 영향에 의해 통신 영역에 간섭 현상을 일으킬 정도로 발진 주파수가 퍼져서 발생되는 단점을 지니고 있다.
따라서, 이전에 마그네트론을 이용한 마이크로파 발생 장치는 마그네트론의 발진 주파수를 고정시키는 구성을 구비하는데, 그러한 마그네트론의 발진 주파수를 고정시키는 일 예로는 마그네트론 고유의 발진 주파수에 가까운 주파수의 기준 신호를 마그네트론에 주입하여 마그네트론의 발진 주파수가 기준 신호의 주파수에 맞추어 고정되도록 하는 구성이 있다. 그리고 또 다른 예로는, 마그네트론 고유의 발진 주파수에 가까운 주파수의 기준 신호와 마그네트론의 실제 출력 신호를 비교하여 그 주파수 차이만큼 마그네트론에 입력되는 전류가 제어되도록 구성되어 마그네트론 발진 주파수가 고정되도록 하는 구성이 있다.
하지만, 이러한 구성을 가지는 마이크로파 발생 장치는 앞서 설명 상에 나타나고 있듯이 마그네트론 고유의 발진 주파수에 가까운 주파수의 기준 신호를 발생시킬 비교적 고가의 신호 발생기가 부가적으로 포함되어야 하기 때문에 장치 비용이 높은 편이다.
그러므로 본 발명에 따른 과제 해결 수단은 보다 저렴하고 간단하게 마그네 트론 발진 주파수를 고정시키는 구성을 가지는 마이크로파 발생 장치를 제공하는데 있다.
상기와 같은 과제 해결 수단을 달성하기 위해서, 본 발명에 따른 마이크로파 발생 장치의 일 실시 예는 발진을 통해 마이크로파 신호를 발생시키는 마그네트론(Magnetron); 상기 마그네트론과 부하 사이에 연결되고, 상기 마그네트론에서 발생시킨 마이크로파 신호를 수신하는 커플러(Loop Coupler); 및 상기 커플러에 수신된 마이크로파 신호 중 상기 마그네트론 고유의 발진 주파수 대역에 해당하는 신호만을 통과시켜 상기 마그네트론으로 입사시키는 대역 통과 필터;를 포함하고, 상기 마그네트론(Magnetron)은 상기 대역 통과 필터를 통해 상기 마그네트론 고유의 발진 주파수 대역의 마이크로파 신호를 피드백 받아 일정 주파수 대역으로 고정된 마이크로파 신호를 발생시키는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 대역 통과 필터는 유전체 공진기(DR : Dielectric Resonator) 필터로 구성된 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 마그네트론, 상기 커플러 및 상기 대역 통과 필터는 동축 케이블(Coaxial cable) 또는 도파로(Waveguide)로 연결되도록 구성된 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 마이크로파 발생 장치의 또 다른 실시 예로는 발진을 통해 마이크로파 신호를 발생시키는 마그네트론(Magnetron); 부하 내에 구비되고, 상기 마그네트론에서 발생시킨 마이크로파 신호를 수신하는 커플러(Loop Coupler); 및 상기 커플러에 수신된 마이크로파 신호 중 상기 마그네트론 고유의 발진 주파수 대역에 해당하는 신호만을 통과시켜 상기 마그네트론으로 입사시키는 대역 통과 필터;를 포함하고, 상기 마그네트론(Magnetron)은 상기 대역 통과 필터를 통해 상기 마그네트론 고유의 발진 주파수 대역의 마이크로파 신호를 피드백 받아 일정 주파수 대역으로 고정된 마이크로파 신호를 발생시키는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 대역 통과 필터는 유전체 공진기(DR : Dielectric Resonator) 필터로 구성된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 마그네트론, 상기 커플러 및 상기 대역 통과 필터는 동축 케이블(Coaxial cable) 또는 도파로(Waveguide)로 연결되도록 구성되거나, 아니면 상기 마그네트론과 상기 부하는 직접 연결되고 상기 대역 통과 필터는 상기 마그네트론 및 상기 커플러와 동축 케이블(Coaxial cable) 또는 도파로(Waveguide)로 연결되도록 구성된 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 이용하는 상기 커플러는, Center 루프 커플링, Halo 루프 커플링, Segment fed 커플링, Strap fed 커플링, 및 Waveguide 커플링 방식 중 어느 한 커플링 방식을 이용한 커플러인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 마그네트론을 이용한 마이크로파 발생 장치는 마그네트론(Magnetron)에서 발생된 마이크로파 신호를 다시 마그네트론으로 피드백시키어 마그네트론 발진 주파수가 고정되도록 하는, 즉 Self locking이 이루어지는 구성을 가진다.
그에 따라 본 발명은 종래 대비 고가의 신호 발생기를 구비할 필요 없이 마그네트론 발진 주파수가 고정되는 것을 가능하게 함으로써 내부 구성을 간단하게 형성할 수 있을 뿐만 아니라 장치의 비용을 저렴하게 한다.
이하에서는 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다. 다만, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그에 대한 상세한 설명은 생략한다.
마그네트론을 이용한 마이크로파 발생 장치는 다른 통신 기기와의 주파수 간섭 현상이 발생되지 않고 마이크로파 매칭(matching)이 용이하도록 마이크로파 발생 장치의 발진 주파수를 고정시킬 필요가 있다.
따라서, 마이크로파 발생 장치 내에는 마그네트론의 발진 주파수를 고정시키기 위한 구성 요소들을 추가로 구비하고 있는데, 도 2 및 도 3은 주로 사용되는 마그네트론을 이용한 마이크로파 발생 장치 구성의 실시 예들을 도시하고 있다.
먼저, 도 2에 도시된 마이크로파 발생 장치의 구성을 살펴보게 되면, 마이크로파 발생 장치는 마그네트론 발진 주파수를 고정시키기 위한 구성으로 주입 신호 발생기(Injection signal generator)(204)와, 서큘레이터(Circulator)(202)를 구비하고 있다.
주입 신호 발생기(204)는 마그네트론(200) 고유의 발진 주파수에 가까운 주파수를 가지는 신호로 마그네트론(200) 발진에 동기 신호로 동작하는 주입 신호를 발생시킨다.
서큘레이터(202)는 주입 신호 발생기(204)에서 발생된 신호를 마그네트론(200)으로 주입시키고 그에 따라 마그네트론(200)에서 주입 신호에 의해 동기되어 발진한 마이크로파 신호를 입력받아 부하로 제공한다.
마그네트론(200)의 발진 주파수는 상기 주입 신호에 동기화되도록 유도됨에 따라 고정된다.
그리고, 도 3에 도시된 마이크로파 발생 장치는 마그네트론 발진 주파수를 고정시키기 위한 구성으로, 커플러(coupler)(302)와, 위상 비교기(Phase comparator)(304)와, 기준신호 발생기(Reference signal generator)(306)와, 전류 제어기(Ia controller)(308)를 구비하고 있다.
커플러(302)는 마그네트론(300)에서 출력되는 마이크로파 신호를 수신하여 위상 비교기(304)로 제공한다. 그리고 기준신호 발생기(306)는 마그네트론(300) 고유의 발진 주파수에 가까운 주파수를 가지는 기준신호를 발생시킨다.
위상 비교기(304)는 커플러(302)로부터 제공되는 마이크로파 신호의 위상과 기준신호 발생기(306)에서 발생시킨 기준신호의 위상을 비교하고 그 비교 결과에 따른 신호 값을 출력한다.
전류 제어기(308)는 위상 비교기(304)에서 출력되는 신호 값에 따라 마그네트론(300)을 동작시키는 입력 전류량을 제어하여, 마그네트론(300)의 발진 주파수가 고정되도록 유도한다.
도 2 및 도 3에 도시된 바와 같은 구성을 지닌 마이크로파 발생기는 기본적으로 마그네트론의 고유 발진 주파수에 가까운 주파수를 가지는 신호를 발생시킬 고가의 신호 발생기(204,306)가 구비되고, 또한 그 이외에도 고가의 부속품들이 구비된다.
본 발명은 마이크로파 발생 장치가 보다 저렴하고 간단하게 마그네트론 발진 주파수를 고정시키는 구성을 가지는 것을 특징으로 한다.
그러한 구성으로 본 발명에서 제안하는 마이크로파 발생 장치는 마그네트론(Magnetron)에서 발생시킨 마이크로파 신호를 다시 마그네트론으로 피드백시키어 마그네트론 발진 주파수가 고정되도록 하는, 즉 Self locking이 이루어지는 구성을 가진다.
도 4는 본 발명에 따른 마이크로파 발생 장치의 실시 예를 도시한 도면이다.
살펴보면, 본 발명에 따른 마이크로파 발생 장치는 마그네트론(400)과, 커플러(402)와 대역 통과 필터(404)로 구성된다.
커플러(402)는 마그네트론(400)에서 발진되어 출력되는 마이크로파 신호를 수신한다. 여기서, 커플러(402)는 Center 루프 커플링, Halo 루프 커플링, Segment fed 커플링, Strap fed 커플링, 및 Waveguide 커플링 방식 중 어느 한 커플링 방식을 이용한 커플러인 것을 특징으로 한다.
그리고 대역 통과 필터(404)는 커플러(402)에 수신된 마이크로파 신호에 대한 필터링을 수행하여 마그네트론(400) 고유의 발진 주파수 대역에 해당하는 마이크로파 신호만을 통과시켜 다시 마그네트론(400)으로 입력시킨다.
대역 통과 필터(404)는 마이크로파 신호의 전력 손실이 가장 적은 유전체 공진기(DR : Dielectric Resonator) 필터로 구성되는 것이 효율적이다.
마그네트론(400)은 대역 통과 필터(404)를 통해 입력된 마이크로파 신호, 즉 마그네트론(400) 자신이 발생시킨 마이크로파 신호를 다시 피드백 받는다. 마그네 트론(400) 발진은 그 피드백된 마이크로파 신호에 의해 동기화되고, 또한 마그네트론(400) 발진으로 출력되는 마이크로파 신호와 상기 피드백된 마이크로파 신호가 서로 합성되어 보다 큰 레벨의 고정된 주파수를 가지는 마이크로파 신호가 발생되어 진다.
이와 같이, 본 발명에 따른 마이크로파 발생 장치는 마그네트론의 발진 주파수의 Self locking이 이루어지는 구성을 가진다.
한편, 마이크로파 발생 장치 내 각 구성요소인 마그네트론(400), 커플러(402), 및 대역 통과 필터(404) 간의 연결, 그리고 마이크로파 발생 장치의 출력단과 부하 간의 연결은 시스템의 특성에 맞게 동축 케이블(Coaxial cable) 또는 도파로(Waveguide)로 형성된다.
도 5a 및 도 5b는 본 발명에 따른 마이크로파 발생 장치의 다른 실시 예들을 도시한 도면으로, 도 4와 동일한 구성요소인 마그네트론(400)과, 커플러(402)와, 대역 통과 필터(404)로 구성된다.
하지만, 도 5a 및 도 5b에 도시된 실시 예들은 도 4에 도시된 실시 예와는 달리 커플러(402)가 부하 내에 구비되고, 부하와 마그네트론(400) 간에 연결이 동축 케이블 또는 도파로에 의해 연결되거나 아니면 직접 연결되는 구성을 가진다. 그리고 대역 통과 필터(404)와 마그네트론(400), 대역 통과 필터(404)와 커플러(402) 간의 연결은 동축 케이블 또는 도파로를 통해 이루어진다.
도 5a 및 도 5b에 도시된 바와 같은 형태의 마이크로파 발생 장치는 조명 시스템인 플라즈마 라이트닝 시스템에 특히 이용되기 적당하다.
도 6은 본 발명에 따른 마이크로파 발생 장치의 주파수 스펙트럼 형태를 도시한 도면이다. Self locking이 이루어짐으로써 마이크로파 발생 장치 내 마그네트론에서 출력되는 마이크로파 신호의 주파수가 일정 주파수 대역으로 고정되는 것을 살펴볼 수 있다.
이상에서 대표적인 실시예를 통하여 본 발명에 대하여 상세하게 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 상술한 실시예에 대하여 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 변형이 가능함을 이해할 것이다. 그러므로 본 발명의 권리범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 후술하는 특허청구범위 뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
도 1은 마그네트론을 이용한 마이크로파 발생 장치에서 발생되는 신호들을 도시한 도면,
도 2 및 도 3은 주로 사용되는 마그네트론을 이용한 마이크로파 발생 장치 구성의 실시 예들을 도시해 놓은 도면,
도 4는 본 발명에 따른 마이크로파 발생 장치의 구성을 도시한 도면,
도 5a 및 도 5b는 본 발명에 따른 마이크로파 발생 장치의 다른 실시 예들을 도시한 도면, 및
도 6은 본 발명에 따른 마이크로파 발생 장치의 출력 주파수 형태를 도시한 도면이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
200,300,400 : 마그네트론 202 : 서큘레이터
204 : 주입 신호 발생기 302,402 : 커플러
304 : 위상 비교기 306 : 기준 신호 발생기
308 : 전류 제어기 404 : 대역 통과 필터

Claims (8)

  1. 발진을 통해 마이크로파 신호를 발생시키는 마그네트론(Magnetron);
    상기 마그네트론과 부하 사이에 연결되고, 상기 마그네트론에서 발생시킨 마이크로파 신호를 수신하는 커플러(Loop Coupler); 및
    상기 커플러에 수신된 마이크로파 신호 중 상기 마그네트론 고유의 발진 주파수 대역에 해당하는 신호만을 통과시켜 상기 마그네트론으로 입사시키는 대역 통과 필터;를 포함하고,
    상기 마그네트론(Magnetron)은 상기 대역 통과 필터를 통해 상기 마그네트론 고유의 발진 주파수 대역의 마이크로파 신호를 피드백 받아 일정 주파수 대역으로 고정된 마이크로파 신호를 발생시키는 것을 특징으로 하는 마이크로파 발생 장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 대역 통과 필터는
    유전체 공진기(DR : Dielectric Resonator) 필터로 구성된 것을 특징으로 하는 마이크로파 발생 장치.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 마그네트론, 상기 커플러 및 상기 대역 통과 필터는 동축 케이블(Coaxial cable) 또는 도파로(Waveguide)로 연결되도록 구성된 것을 특징으로 하는 마이크로파 발생 장치.
  4. 발진을 통해 마이크로파 신호를 발생시키는 마그네트론(Magnetron);
    부하 내에 구비되고, 상기 마그네트론에서 발생시킨 마이크로파 신호를 수신하는 커플러(Loop Coupler); 및
    상기 커플러에 수신된 마이크로파 신호 중 상기 마그네트론 고유의 발진 주파수 대역에 해당하는 신호만을 통과시켜 상기 마그네트론으로 입사시키는 대역 통과 필터;를 포함하고,
    상기 마그네트론(Magnetron)은 상기 대역 통과 필터를 통해 상기 마그네트론 고유의 발진 주파수 대역의 마이크로파 신호를 피드백 받아 일정 주파수 대역으로 고정된 마이크로파 신호를 발생시키는 것을 특징으로 하는 마이크로파 발생 장치.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 대역 통과 필터는
    유전체 공진기(DR : Dielectric Resonator) 필터로 구성된 것을 특징으로 하는 마이크로파 발생 장치.
  6. 제4 항에 있어서,
    상기 마그네트론, 상기 커플러 및 상기 대역 통과 필터는 동축 케이블(Coaxial cable) 또는 도파로(Waveguide)로 연결되도록 구성된 것을 특징으로 하는 마이크로파 발생 장치.
  7. 제4 항에 있어서,
    상기 마그네트론과 상기 부하는 직접 연결되고,
    상기 대역 통과 필터는 상기 마그네트론 및 상기 커플러와 동축 케이블(Coaxial cable) 또는 도파로(Waveguide)로 연결되도록 구성된 것을 특징으로 하는 마이크로파 발생 장치.
  8. 제1 항 또는 제4 항에 있어서,
    상기 커플러는,
    Center 루프 커플링, Halo 루프 커플링, Segment fed 커플링, Strap fed 커플링, 및 Waveguide 커플링 방식 중 어느 한 커플링 방식을 이용한 커플러인 것을 특징으로 하는 마이크로파 발생 장치.
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