KR101418793B1 - 콤팩트 타입 초 광대역 강전자기파 발생장치 - Google Patents

Abstract

본 발명의 콤팩트 타입 초 광대역 강전자기파 발생장치는 포물면 반사판(5)의 앞쪽으로 포물면 반사판을 향해 무지향성의 초광대역 강전자기파 복사용 스파크 갭 스위치(1)와 함께 펄스파워 발생기(2)가 배열되고, 포물면 반사판(5)의 뒤쪽으로 고전압 공급기(6)와 가스공급기(9)가 배열되며, 스파크 갭 스위치(1)와 상기 펄스파워 발생기(2)를 양극전선(3)과 함께 전기적으로 연결하는 음극전선(4)이 포물면 반사판(5)과 반대방향에 배열됨으로써, 크기 축소와 함께 최적화된 포물면 반사판으로 초 광대역 강전자기파 출력의 특정 방향성을 크게 높이고 휴대성도 크게 향상되며, 특히 절연파괴 방지에 적합한 최적 배열 구조도 구현되는 특징을 갖는다.

Description

콤팩트 타입 초 광대역 강전자기파 발생장치{Compact type Ultra Wide Band Strong Radio Wave Generator}

본 발명은 강전자기파 발생에 관한 것으로, 특히 크기 축소와 함께 최적화된 포물면 반사판으로 초 광대역 강전자기파 출력의 특정 방향성을 크게 높이고 휴대성도 크게 향상한 콤팩트 타입 초 광대역 강전자기파 발생장치에 관한 것이다.

일반적으로 초광대역 전자기파 발생원은 초 광대역 레이다나 매설물 탐지와 같은 분야에 널리 활용된다.

이를 위해, 초광대역 전자기파 발생원은 고출력의 펄스전원을 저장하는 에너지 저장소자와, 저장된 에너지로부터 초광대역 펄스를 만들어 내는 스위칭 소자와, 초광대역 펄스를 복사시키기 위한 안테나를 기본 구성으로 한다.

특히. 초광대역 전자기파 발생원로부터 공간상으로 복사되는 전자기파의 최대출력을 높이는 게 중요한데, 이를 위해서는 에너지 저장소자의 정전용량을 높이고 스위칭 소자와 안테나의 부정합을 줄이며 안테나의 절연능력을 향상시키는 것이 무엇보다 중요하다.

그러므로, 에너지 저장소자의 정전용량을 높이기 위해서 낮은 임피던스의 전송선로를 안테나의 입력부에 결합하고, 전송선로를 스위칭하여 고출력의 전자기펄스를 발생시키는 방법이 적용되고 있다.

하지만, 이러한 방식은 초광대역 전자기파 발생원의 구조가 전반적으로 복잡해져 전자기파 출력을 일정한 값 이상 높이는데 한계가 있을 수밖에 없다.

반면, 에너지 저장소자를 따로 사용하지 않고 안테나의 입력부에 스위치를 집적 결합한 방식으로서 구조적으로 간단하고 설계가 용이한 장점을 갖는다.

그러나, 이러한 방식은 안테나와 스위칭채널의 불연속적인 결합으로 인해 부정합이 발생하여 출력이 감소하고, 펄스전원으로부터 공급된 에너지를 저장하는 소자를 따로 사용하지 않음으로써 초광대역 전자기파 발생원이 고출력을 낼 때 초기 에너지원 부족으로 출력에너지의 감소현상이 있고, 특히 안테나부의 절연능력을 향상시키기 위해 별도의 절연 장치가 안테나부에 결합될 필요가 있다.

한편, 상기와 같은 방식과 달리, 낮은 임피던스를 갖는 전송선로와 초광대역 다이폴 안테나를 결합한 초광대역 전자기파 발생원과, 스파크갭 스위치와 바이코니컬 안테나를 결합한 초광대역 전자기파 발생원을 이용하는 방식도 개발되어 있다.

하지만, 이 경우 장치구조가 복잡하고,특히 스위치와 안테나의 부정합과 함께 안테나의 절연파괴를 발생시킴으로써 출력 전계 세기가 동일한 공급전압에 대해 상대적으로 낮다는 근본적인 한계가 있다.

국내특허공개10-2010-0084901(2010년07월28일)

상기 특허문헌은 고전력 스위칭 소자로 널리 이용되는 스파크 갭 스위치의 역할을 수행하여 전기에너지 저장과, 초광대역 펄스의 발생 및 복사 기능 등을 동시에 수행할 수 있는 무지향성의 초광대역 강전자기파 복사용 스파크 갭 스위치의 기술을 나타낸다.

상기 특허문헌의 스파크 갭 스위치는 가스공급 장치나 고전압 공급 장치나 또는 펄스파워 발생기 등과 결합됨으로써 무지향성 초광대역 강전자기파 발생원으로 개발되는 장점이 구현될 수 있다.

하지만, 상기 특허문헌의 무지향성 초광대역 강전자기파 발생원은 비교적 강전자기파를 방사하나 무지향성의 빔 패턴에 의해 출력이 사방으로 흩어질 수 있는 한계를 가질 수밖에 없다.

이에 상기와 같은 점을 감안하여 발명된 본 발명은 크기 축소와 함께 최적화된 포물면 반사판으로 초 광대역 강전자기파 출력의 특정 방향성을 크게 높이고 휴대성도 크게 향상되며, 특히 절연파괴 방지에 적합한 최적 배열 구조가 구현된 콤팩트 타입 초 광대역 강전자기파 발생장치를 제공하는데 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 콤팩트 타입 초 광대역 강전자기파 발생장치에서, 무지향성의 초광대역 강전자기파 복사용 스파크 갭 스위치와 함께 펄스파워 발생기는 포물면 반사판의 앞쪽에 배열되고;

고전압 공급기와 가스공급기는 서로 대향되도록 상기 포물면 반사판의 뒤쪽 빈 공간에 배치되며;

상기 스파크 갭 스위치와 상기 펄스파워 발생기를 양극전선과 함께 전기적으로 연결하는 음극전선이 상기 포물면 반사판과 반대방향에 배열; 된 것을 특징으로 한다.

상기 포물면 반사판에서, 상기 세로 폭의 형상은 상기 스파크 갭 스위치의 축방향 기준으로 양쪽을 절단시켜주며, 상기 세로 폭의 절단된 길이는 상기 포물면 반사판의 전체 직경대비 10% ~ 30%이다.

상기 스파크 갭 스위치는 상기 펄스파워 발생기를 축방향으로 연결한다.

상기 고전압 공급기와 상기 가스공급기는 상기 포물면 반사판의 뒤쪽 빈 공간에 대향하여 배치된다.

상기 고전압 공급기는 2개의 고전압 공급전선으로 상기 펄스파워 발생기와 전기적 연결되고, 상기 가스공급기는 2개의 가스호스로 상기 스파크 갭 스위치 및 상기 펄스파워 발생기와 각각 연결된다.

상기 2개의 가스호스는 공급되는 고압가스의 압력이 서로 다른 것을 특징으로 한다.

이러한 본 발명은 무지향성의 초광대역 강전자기파 발생원에 포물면 반사판을 결합함으로써 전자기파의 세기가 증대되고, 특히 반사판에 반사되지 않은 무지향성의 전자기파에 비해 반사판에 의해 반사된 지향성 전자기파가 더 큰 세기를 가지는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 펄스파워 발생기를 무지향성의 초광대역 강전자기파 복사용 스파크 갭 스위치의 축방향에 배치함으로써 옆면 가로폭이 확장되지 않으면서도 강전자기파의 빔 패턴 왜곡이 최소화될 수 있고, 특히 축방향으로 강전자기파 출력이 매우 약한 무지향성의 초광대역 강전자기파 복사용 스파크 갭 스위치에서도 펄스파워 발생기의 배치로 펄스파워 발생기에 의한 빔패턴의 왜곡이 최소화되는 효과도 있다.

또한, 본 발명은 무지향성의 초광대역 강전자기파 복사용 스파크 갭 스위치와 펄스파워 발생기를 연결하는 음극전선을 스파크 갭 스위치를 중심으로 포물면 반사판과 반대방향에 배치함으로써 음극전선에 의한 주변부 절연파괴의 가능성이 최소화되는 효과도 있다.

또한, 본 발명은 펄스파워 발생기에서 발생한 고전압의 전류가 음극전선을 통해 무지향성의 초광대역 강전자기파 복사용 스파크 갭 스위치에 공급됨으로써 음극전선을 포물면 반사판과 최대한 먼 거리에 배치될 수 있어 음극전선의 주변부에서의 절연파괴 가능성이 크게 낮아지는 효과도 있다.

또한, 본 발명은 무지향성의 초광대역 강전자기파 복사용 스파크 갭 스위치의 축 방향을 기준으로 포물면 반사판의 양 끝단이 전체직경 대비 10%~20% 절단됨으로써 휴대성이 더욱 향상되는 효과도 있다.

또한, 본 발명은 고전압 공급 장치와 가스 공급 장치를 포물면 반사판 후면 빈 공간에 배치함으로써 전체 크기를 더욱 감소할 수 있어 휴대성도 더욱 향상되는 효과도 있다.

도 1은 본 발명에 따른 콤팩트 타입 초 광대역 강전자기파 발생장치의 기구 레이아웃이고, 도 2는 본 발명에 따른 콤팩트 타입 초 광대역 강전자기파 발생장치의 배선 레이아웃이며, 도 3은 본 발명에 따른 콤팩트 타입 초 광대역 강전자기파 발생장치의 전자기파 세기 선도이다.

이하 본 발명의 실시예를 첨부된 예시도면을 참조로 상세히 설명하며, 이러한 실시예는 일례로서 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으므로, 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.

도 1은 본 발명에 따른 콤팩트 타입 초 광대역 강전자기파 발생장치의 기구 레이아웃을 나타낸다.

도시된 바와 같이, 초 광대역 강전자기파 발생장치는 스파크 갭 스위치(1)와, 스파크 갭 스위치(1)와 함께 배열되어 스파크 갭 스위치(1)에서 매우 약하게 나오는 축방향 강전자기파 출력 왜곡을 해소하는 펄스파워 발생기(2)와, 스파크 갭 스위치(1)와 펄스파워 발생기(2)를 향해 위치된 포물면 반사판(5)과, 펄스파워 발생기(2)에 고전압을 공급하는 고전압 공급기(6)와, 상이한 2개의 압력으로 고압가스를 공급하는 가스공급기(9)로 구성된다.

상기 스파크 갭 스위치(1)는 고전력 스위칭 소자로서 전기에너지 저장과 특히, 초 광대역 펄스의 발생과 함께 무지향성의 초광대역 강전자기파 복사 기능이 동시에 수행된다.

상기 펄스파워 발생기(2)는 스파크 갭 스위치(1)에서 전자기파가 약하게 나오는 축방향에 결합된다.

한편, 상기 포물면 반사판(5)을 기준으로 한 레이아웃에서, 포물면 반사판(5)의 앞쪽으로는 스파크 갭 스위치(1)와 함께 펄스파워 발생기(2)가 배열되고, 포물면 반사판(5)의 뒤쪽으로는 고전압 공급기(6)와 가스공급기(9)가 배열된다.

특히, 스파크 갭 스위치(1)와 이의 축방향에 배치된 펄스파워 발생기(2)가 포물면 반사판(5)의 앞쪽 오목한 중앙부위로 배치될 수 있고, 고전압 공급기(6)와 가스공급기(9)가 포물면 반사판(5)의 뒤쪽 볼록한 중앙부위를 벗어나 좌우양쪽 끝으로 배치될 수 있다.

또한, 펄스파워 발생기(2)는 스파크 갭 스위치(1)의 축방향 아래쪽으로 인접되게 위치됨으로써 포물면 반사판(5)의 가로 폭은 그 크기가 증가되지 않고서도 스파크 갭 스위치(1)에서 매우 약하게 나오는 축방향 강전자기파 출력 왜곡현상이 모두 해소될 수 있다.

이러한 레이아웃으로 인해 상기 포물면 반사판(5)은 세로 폭으로 기구 설치가 필요 없는 보다 많은 빈 공간을 형성할 수 있다.

여기서, 포물면 반사판(5)의 가로 폭은 도 1에서 좌측방향을 향하는 왼쪽 끝과 우측방향을 향하는 오른쪽 끝의 거리를 의미하고, 세로 폭은 도 1에서 위쪽 방향을 향하는 상단부 끝과 아래쪽 방향을 향하는 하단부 끝의 거리를 의미한다.

그러므로, 상기 포물면 반사판(5)은 가로형상은 그대로 유지하면서 세로형상은 변화를 줄 수 있다.

일례로, 포물면 반사판(5)은 위아래 양쪽이 각각 잘라내어진 제1ㅇ2 절단면(12,13)을 형성한 세로 폭 크기로 변형될 수 있고, 이러한 제1ㅇ2 절단면(12,13)은 포물면 반사판(5)에서 제1ㅇ2 감소단면적(14,15)을 형성함으로써 가로 폭 크기는 그대로 유지하면서도 줄어든 세로 폭 크기만큼 전체적인 크기(Size)가 크게 줄어들 수 있다.

상기와 같은 포물면 반사판(5)의 전체적인 크기 감소는 초 광대역 강전자기파 발생장치의 크기 감소로 구현될 수 있다.

본 실시예에서 포물면 반사판(5)의 제1ㅇ2 절단면(12,13)의 길이는 전체 직경의 약 10%~30% 사이 값으로 형성됨이 바람직하다.

한편, 도 2는 본 발명에 따른 콤팩트 타입 초 광대역 강전자기파 발생장치의 베선 레이아웃을 나타낸다.

도시된 바와 같이, 초 광대역 강전자기파 발생장치는 스파크 갭 스위치(1)와 펄스파워 발생기(2)에는 양극전선(3)과 음극전선(4)이 배선됨으로써 전기적으로 결합되고, 펄스파워 발생기(2)와 고전압 공급기(6)에는 제1ㅇ2 고전압 공급전선(7,8)이 배선됨으로써 전기적으로 결합되며, 스파크 갭 스위치(1)와 펄스파워 발생기(2) 및 가스공급기(9)에는 제1ㅇ2 가스호스(10,11)가 배선됨으로써 고압가스에 연결된다.

특히, 상기 음극전선(4)은 스파크 갭 스위치(1)를 중심으로 포물면 반사판(5)과 반대방향에 배치함으로써 음극전선(4)에 의한 주변부 절연파괴의 가능성이 크게 줄어들 수 있다.

더불어, 상기 음극전선(4)은 포물면 반사판(5)과 반대방향에서 최대한 먼 거리로 이격시켜줌으로써 음극전선(4)에 의한 주변부 절연파괴의 가능성이 더욱 줄어들고, 이를 통해 음극전선(4)에 의한 주변부 절연파괴의 가능성은 최소화될 수 있다.

한편, 도 3은 본 실시예에 따른 콤팩트 타입 초 광대역 강전자기파 발생장치의 전자기파 세기선도를 나타낸다.

Ka는 스파크 갭 스위치(1)에서 발생된 무지향성의 전자기파가 포물면 반사판(5)에 반사되지 않을 경우 전자기파 세기인 반면, Kb는 스파크 갭 스위치(1)에서 발생된 무지향성의 전자기파가 포물면 반사판(5)에 반사될 경우 전자기파 세기이다.

도시된 바와 같이, Kb로 표현된 전자기파 세기는 Ka로 표현된 전자기파 세기에 비해 상대적으로 더 크게 형성됨이 실험적으로 증명되었다.

전술된 바와 같이, 본 실시예에 따른 콤팩트 타입 초 광대역 강전자기파 발생장치는 포물면 반사판(5)의 앞쪽으로 포물면 반사판을 향해 무지향성의 초광대역 강전자기파 복사용 스파크 갭 스위치(1)와 함께 펄스파워 발생기(2)가 배열되고, 포물면 반사판(5)의 뒤쪽으로 고전압 공급기(6)와 가스공급기(9)가 배열되며, 스파크 갭 스위치(1)와 상기 펄스파워 발생기(2)를 양극전선(3)과 함께 전기적으로 연결하는 음극전선(4)이 포물면 반사판(5)과 반대방향에 배열됨으로써, 크기 축소와 함께 최적화된 포물면 반사판으로 초 광대역 강전자기파 출력의 특정 방향성을 크게 높이고 휴대성도 크게 향상되며, 특히 절연파괴 방지에 적합한 최적 배열 구조도 구현될 수 있다.

1 : 스파크 갭 스위치 2 : 펄스파워 발생기
3 : 양극전선 4 : 음극전선
5 : 포물면 반사판 6 : 고전압 공급기
7,8 : 제1ㅇ2 고전압 공급전선
9 : 가스공급기 10,11 : 제1ㅇ2 가스호스
12,13 : 제1ㅇ2 절단면 14,15 : 제1ㅇ2 감소단면적

Claims (7)

1. 포물면 반사판의 앞쪽에서, 무지향성의 초광대역 강전자기파 복사용 스파크 갭 스위치와 함께 펄스파워 발생기가 상기 포물면 반사판의 세로 폭과 일치되는 방향으로 배열되고;
   상기 포물면 반사판의 뒤쪽에서, 상기 포물면 반사판의 가로 폭의 한쪽으로 설치된 고전압 공급기와 서로 대향되도록 상기 가로 폭의 반대쪽으로 가스공급기가 배열되며;
   상기 스파크 갭 스위치와 상기 펄스파워 발생기를 전기적으로 연결하는 양극전선과, 상기 스파크 갭 스위치와 상기 펄스파워 발생기를 전기적으로 연결하는 음극전선이 상기 포물면 반사판과 반대방향에 배열;
   된 것을 특징으로 하는 콤팩트 타입 초 광대역 강전자기파 발생장치.
   
2. 청구항 1에 있어서, 상기 포물면 반사판에서, 상기 세로 폭의 형상은 상기 스파크 갭 스위치의 축방향 기준으로 양쪽을 절단시켜준 것을 특징으로 하는 콤팩트 타입 초 광대역 강전자기파 발생장치.
   
3. 청구항 2에 있어서, 상기 세로 폭은 상기 포물면 반사판의 전체 직경대비 10% ~ 30%에 해당하는 절단된 길이를 갖는 것을 특징으로 하는 콤팩트 타입 초 광대역 강전자기파 발생장치.
   
4. 청구항 1에 있어서, 상기 스파크 갭 스위치는 상기 펄스파워 발생기를 축방향으로 연결한 것을 특징으로 하는 콤팩트 타입 초 광대역 강전자기파 발생장치.
   
5. 청구항 1에 있어서, 상기 고전압 공급기와 상기 가스공급기는 상기 포물면 반사판의 뒤쪽 빈 공간에 대향하여 배치되는 것을 특징으로 하는 콤팩트 타입 초 광대역 강전자기파 발생장치.
   
6. 청구항 1에 있어서, 상기 고전압 공급기는 2개의 고전압 공급전선으로 상기 펄스파워 발생기와 전기적 연결되고, 상기 가스공급기는 2개의 가스호스로 상기 스파크 갭 스위치 및 상기 펄스파워 발생기와 각각 연결된 것을 특징으로 하는 콤팩트 타입 초 광대역 강전자기파 발생장치.
   
7. 청구항 6에 있어서, 상기 2개의 가스호스는 공급되는 고압가스의 압력이 서로 다른 것을 특징으로 하는 콤팩트 타입 초 광대역 강전자기파 발생장치.

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