KR101484257B1 - 무선 중계기 - Google Patents

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KR101484257B1
KR101484257B1 KR20140111459A KR20140111459A KR101484257B1 KR 101484257 B1 KR101484257 B1 KR 101484257B1 KR 20140111459 A KR20140111459 A KR 20140111459A KR 20140111459 A KR20140111459 A KR 20140111459A KR 101484257 B1 KR101484257 B1 KR 101484257B1
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박춘래
조성호
양도근
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(주)테크맥스텔레콤
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Abstract

무선 중계기가 개시된다. 본 발명의 일실시예에 따른 무선 중계기는 무선 중계기에 있어서, 안테나부와, 안테나부를 통해 신호를 송수신하는 송수신부와, 안테나부를 송수신부 또는 접지측으로 연결시키도록 신호으의 경로를 선택적으로 절환시키는 동축 셀렉터부와, 낙뢰의 발생위치를 감지하는 낙뢰감지부와, 안테나부를 통해 신호를 무선 중계하는 동안 낙뢰감지부를 통해 감지된 낙뢰의 발생위치가 미리 설정된 범위 이내이면, 안테나부와 송수신부간의 신호 연결을 분리시켜 발생된 낙뢰로 인한 낙뢰전류가 송수신부로 유입하는 것을 방지하도록 하고, 안테나부를 접지측과 연결시켜 안테나부에 유입하는 낙뢰전류를 접지측으로 바이패스시키도록 동축 셀렉터부를 제어하는 제어부를 포함한다.

Description

무선 중계기{RADIO FREQUENCY REFEATER}
본 발명은 무선 중계기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 고층 빌딩이나 산악 지역에 마련되어 단말기간의 통화거리를 늘릴 수 있도록 단말기의 무선신호를 중계하는 무선 중계기에 관한 것이다.
일반적으로, 무선 중계기는 무전기 등의 휴대용 단말기 또는 차량용 단말기만으로 통화거리가 부족하여 통신음영지역이 생기는 것을 방지하기 위하여 고층 빌딩이나 산악 지역에 설치된다. 무선 중계기는 단말기의 통화거리를 확대시켜 사용자의 통신능력을 확장시키기 위한 장치이다.
이 무선 중계기는 산 정상과 같이 비교적으로 고도가 높은 곳에 설치된다. 따라서, 무선 중계기는 발생할 수 있는 낙뢰피해를 최소화할 수 있도록 낙뢰보호시설과 함께 설치된다.
하지만, 무선 중계기와 함께 낙뢰보호시설이 설치되어 있더라도 무선 중계기로의 낙뢰의 유입을 100% 차단하는 것은 불가능하다.
따라서, 무선 중계기가 낙뢰로 인해 손상될 우려가 있기 때문에 무선 중계기를 낙뢰로부터 보호할 수 있는 별도의 대책이 요구된다.
공개특허공보 제2006-0115945호(공개일 2006년 11월 13일)
본 발명의 실시예는 낙뢰의 발생위치를 정확하고 신뢰성 있게 파악할 수 있고 일정거리 이내에서 낙뢰발생시 장비를 보호할 수 있는 무선 중계기를 제공하고자 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 무선 중계기에 있어서, 안테나부; 상기 안테나부를 통해 신호를 송수신하는 송수신부; 상기 안테나부를 상기 송수신부 또는 접지측으로 연결시키도록 상기 신호의 경로를 선택적으로 절환시키는 동축 셀렉터부; 낙뢰의 발생위치를 감지하는 낙뢰감지부; 및 상기 안테나부를 통해 신호를 무선 중계하는 동안 상기 낙뢰감지부를 통해 감지된 낙뢰의 발생위치가 미리 설정된 범위 이내이면, 상기 안테나부와 상기 송수신부간의 신호 연결을 분리시켜 상기 발생된 낙뢰로 인한 낙뢰전류가 상기 송수신부로 유입하는 것을 방지하도록 하고, 상기 안테나부를 상기 접지측과 연결시켜 상기 안테나부에 유입하는 낙뢰전류를 상기 접지측으로 바이패스시키도록 상기 동축 셀렉터부를 제어하는 제어부;를 포함하는 무선 중계기가 제공될 수 있다.
또한, 상기 동축셀렉터부는 상기 제어부의 제어신호에 따라 온 또는 오프되는 스위치를 포함하고, 상기 스위치의 온 또는 오프 동작에 따라 상기 동축셀렉터부의 신호 경로를, 상기 안테나부와 연결된 제1 동축케이블과 상기 송수신부에 연결된 제2 동축케이블을 연결하는 제1 신호경로와, 상기 안테나부와 연결된 제1 동축케이블과 상기 접지측을 연결하는 제2 신호경로 중 어느 하나로 절환시킬 수 있다.
또한, 상기 낙뢰감지부는 낙뢰발생시의 전계 변화를 검출하는 전계 검출부, 낙뢰발생시의 자계 변화를 검출하는 자계 검출부, 낙뢰발생시의 천둥소리를 검출하는 음향 검출부 및 낙뢰발생시의 번개를 검출하는 광 검출부를 포함하고, 상기 제어부는 상기 전계 검출부를 통해 검출된 전계의 변화를 이용하여 제1 낙뢰거리를 추정하는 제1 낙뢰거리추정부와, 상기 자계 검출부를 통해 검출된 자계의 변화를 이용하여 제2 낙뢰거리를 추정하는 제2 낙뢰거리추정부와, 상기 광 검출부를 통해 번개를 검출한 후 상기 음향 검출부를 통해 천둥소리가 검출될 때까지의 시간과 음속에 따라 제3 낙뢰거리를 추정하는 제3 낙뢰거리추정부와, 상기 추정된 제1 낙뢰거리 내지 제3 낙뢰거리에 서로 다른 가중치를 적용한 후 종합하여 최종 낙뢰거리를 추정하는 최종낙뢰거리추정부와, 상기 최종낙뢰거리추정부를 통해 추정된 최종낙뢰거리와 상기 광 검출부를 통해 검출된 낙뢰 방위를 근거로 낙뢰발생위치를 추정하는 낙뢰발생위치추정부를 포함할 수 있다.
또한, 상기 낙뢰감지부는 지주부와, 상기 지주부에 마련되고 낙뢰발생시의 전계를 검출하는 전계검출부와, 상기 지주부에 마련되고 낙뢰발생시의 자계를 검출하는 자계검출부와, 상기 지주부에 의해 받쳐지며, 내부에 상기 전계 검출부 및 자계 검출부를 수용하는 돔형 커버부와, 상기 돔형 커버부를 상기 지주부에 지지하는 지지부와, 상기 돔형 커버부에 낙뢰가 유입될 경우 전기가 상기 지지부를 거쳐 상기 지주부로 흐를 수 있도록 상기 돔형 커버부의 외표면에 길이방향으로 방사형으로 마련되는 복수의 도전 스트립을 포함할 수 있다.
또한, 상기 돔형 커버부는 비도전성 물질로 이루어지고, 상기 도전스트립은 절연물질로 이루어진 기저판과, 상기 기저판의 상부에 균일하게 마련된 열 경화성 수지와, 상기 열경화성 수지에 의해 상기 기저판에 부착되는 도전성 금속물질을 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따른 무선 중계기는 무선 중계기에 있어서, 안테나부; 상기 안테나부로부터 입력된 신호를 수신하거나 상기 안테나부로 신호를 전달하는 송수신부; 상기 안테나부 및 상기 송수신부와 각각 동축 케이블에 의해 연결되고, 신호경로를 상기 안테나부와 상기 송수신부간의 제1 신호경로 또는 상기 안테나부와 접지측간의 제2 신호경로로 선택적으로 절환시키는 동축 셀렉터부; 낙뢰의 발생위치를 감지하는 낙뢰감지부; 및 상기 낙뢰감지부를 통해 감지된 낙뢰발생위치정보를 근거로 낙뢰가 미리 설정된 범위 이내에 발생하면 상기 동축 셀렉터부를 통해 상기 동축 셀렉터부의 신호경로를 상기 제1 신호경로에서 상기 제2 신호경로로 절환시키고, 상기 낙뢰가 상기 미리 설정된 범위를 벗어나 발생하면 상기 동축 셀렉터부를 통해 상기 동축 셀렉터부의 신호경로를 상기 제2 신호경로에서 상기 제1 신호경로로 절환시키는 제어부;를 포함하는 무선 중계기가 제공될 수 있다.
또한, 상기 낙뢰감지부는 지주부와, 상기 지주부에 마련되고 낙뢰발생시의 전계를 검출하는 전계검출부와, 상기 지주부에 마련되고 낙뢰발생시의 자계를 검출하는 자계검출부와, 상기 지주부에 의해 받쳐지며, 내부에 상기 전계 검출부 및 자계 검출부를 수용하는 돔형 커버부와, 상기 돔형 커버부를 상기 지주부에 지지하는 지지부와, 상기 돔형 커버부에 낙뢰가 유입될 경우 전기가 상기 지지부를 거쳐 상기 지주부로 흐를 수 있도록 상기 돔형 커버부의 외표면에 길이방향으로 방사형으로 마련되는 복수의 도전 스트립을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예는 낙뢰의 발생위치를 파악하여 일정거리 이내에서 낙뢰발생시 낙뢰로부터 무선 중계기의 제어장치는 물론 낙뢰감지장치까지도 안전하게 보호함으로써 낙뢰로 인한 장비 손상을 최소화할 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 실시예는 전계, 자계, 천동소리 등 낙뢰발생시 발생하는 각종 파마리터를 종합하여 낙뢰의 발생위치를 추정함으로써 낙뢰의 발생위치를 정확하고 신뢰성 있게 파악할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 무선 중계기의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 무선 중계기의 제어블록도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 무선 중계기의 동축 셀렉터부를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 무선 중계기의 낙뢰감시부의 개략적인 사시도이다.
도 5는 도 4의 돔형상의 커버에 마련된 도전 스트립의 단면도이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 무선 중계기의 낙뢰감지부 및 제어부의 구성을 설명하기 위한 제어블록도이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 무선 중계기에서 낙뢰 발생위치가 미리 설정된 범위를 벗어날 경우 동축 셀렉터부의 작동을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 무선 중계기에서 낙뢰 발생위치가 미리 설정된 범위 이내일 경우 동축 셀렉터부의 작동을 설명하기 위한 도면이다.
도 9a 및 도 9b는 본 발명의 일실시예에 따른 무선 중계기의 제어방법을 설명하기 위한 제어흐름도이다.
이하에서는 본 발명의 실시예들을 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 이하에 소개되는 실시예들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 사상을 충분히 전달할 수 있도록 하기 위해 예로서 제공하는 것이다. 본 발명은 이하 설명되는 실시예들에 한정하지 않고 다른 형태로 구체화할 수도 있다. 본 발명을 명확하게 설명하기 위하여 설명과 관계없는 부분은 도면에서 생략하였으며 도면들에 있어서, 구성요소의 폭, 길이, 두께 등은 편의를 위하여 과장하여 표현할 수 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 무선 중계기의 구성도이다.
도 1을 참조하면, 무선 중계기는 방송, 이동통신 또는 무선통신망을 사용할 때에 산이나 빌딩 또는 지형지물등에 의해 신호가 차단되거나 간섭되는 음영지역에서 발생되는 신호 불감현상을 해소하기 위해서 인근의 기지국 또는 무전기 등의 단말기로부터 무선신호를 수신 및 증폭시켜 음영지역 내부로 신호를 전파시킴으로서, 방송, 이동통신 또는 무선통신망의 이용자에게 언제 어디서나 서비스를 받을 수 있는 통화지역으로 전환시킨다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 무선 중계기의 제어블록도이다.
도 2를 참조하면, 무선 중계기는 안테나부(11), 송수신부(12), 동축 셀렉터부(13), 낙뢰감지부(14) 및 제어부(15)를 포함할 수 있다.
안테나부(11)는 동축 셀렉터부(13)을 통해 송수신부(12)와 전기적으로 연결된다. 안테나부(11)는 무선 중계기의 끝단에 설치된 부품으로서 안테나부(11)의 안테나의 특성은 통화품질을 결정하는 결정하는 요소 중 하나이며 따라서 성능 좋은 안테나의 개발이 필수적이다. 안테나는 VHF(Very High Frequency) 대역의 신호를 송수신에 적용 가능한 안테나일 수 있다. VHF 대역 안테나는 모노폴 안테나와 헬리컬 안테나 등의 안테나일 수 있다.
안테나부(11)는 VHF 수신안테나 등의 수신안테나부와 VHF 송신안테나 등의 송신안테나부 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
안테나부(11)는 동축 케이블에 의해 동축 셀렉터부(13)에 형성된 안테나 포트(Antenna Port)와 전기적으로 연결된다. 안테나 포트는 동축 케이블을 통해 동축 셀렉터부(13)의 일측과 연결된다.
송수신부(12)는 제어부(15)의 제어신호에 따라 안테나부(11)를 통해 신호를 송신하고, 외부의 단말기로부터 송신된 신호를 안테나부(11)를 통해 수신한다. 송수신부(12)는 송신안테나부를 통해 신호를 송신하고, 외부의 단말기로부터 송신된 신호를 수신안테나부를 통해 수신한다.
동축 셀렉터부(13)는 안테나부(11)와 송수신부(12) 사이의 신호라인상에 마련되어 안테나부(11)과 송수신부(12)간의 신호경로를 연결하거나, 차단시킨다. 여기서, 신호경로차단은 신호라인의 물리적 또는 전기적 분리에 의해 이루어진다.
동축 셀렉터부(13)는 제어부(15)의 제어신호에 따라 안테나부(11)과 송수신부(12)간의 제1 신호경로와, 안테나부(11)와 접지측간의 제2 신호경로를 선택적으로 절환시킨다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 무선 중계기의 동축 셀렉터부를 설명하기 위한 도면이다.
도 3을 참조하면, 동축 셀렉터부(13)는 본체(13a), 이 본체(13a)에 마련되어 안테나부(11)와의 신호 연결을 위한 제1 안테나 포트(13b), 이 본체(13a)에 마련되어 송수신부(12)와의 신호 연결을 위한 제2 안테나 포트(13c)를 포함한다.
동축 셀렉터부(13)의 제1 안테나 포트(13b)와 안테나부(11)는 제1 동축케이블(20)에 의해 연결된다. 또한, 동축 셀렉터부(13)의 제2 안테나 포트(13c)와 송수신부(12)는 제2 동축케이블(21)에 의해 연결된다.
동축 셀렉터부(13)는 제어부(15)의 제어신호에 따라 온 또는 오프되는 스위치를 포함하고, 이 스위치의 온 또는 오프 동작에 따라 동축 셀렉터부(13)의 신호 경로를, 안테나부(11)와 연결된 제1 동축케이블(20)과 송수신부(12)에 연결된 제2 동축케이블(21)을 연결하는 제1 신호경로와, 안테나부(11)와 연결된 제1 동축케이블(20)과 접지측을 연결하는 제2 신호경로 중 어느 하나로 절환시킨다.
예를 들면, 동축 셀렉터부의 스위치가 온 되면 안테나부(11)과 송수신부(12)간의 신호라인이 전기적으로 연결되어 신호를 송수신하게 할 수 있다. 스위치가 오프되면 안테나부(11)와 송수신부(12)간의 신호라인이 전기적으로 분리되고 대신에 안테나부(11)와 접지측간의 신호라인이 연결되어 낙뢰전류가 안테나부(11)로 유입되더라도 송수신부(12)로 전달되지 않고 접지측으로 흘러 나가게 할 수 있어 낙뢰로부터 무선 중계기를 보호할 수 있다.
다시 도 2를 참조하면, 낙뢰감지부(14)는 낙뢰의 발생위치를 감지한다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 무선 중계기의 낙뢰감시부의 개략적인 사시도이고, 도 5는 도 4의 돔형상의 커버에 마련된 도전 스트립의 단면도이며, 도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 무선 중계기의 낙뢰감지부 및 제어부의 구성을 설명하기 위한 제어블록도이다.
도 4 내지 도 6을 참조하면, 낙뢰감지부(14)는 전계 검출부(141), 자계 검출부(142), 음향 검출부(143) 및 광 검출부(144)를 포함할 수 있다.
전계 검출부(141)는 낙뢰 발생시의 전기장 변화를 검출한다. 전계 검출부(141)는 원판형 검출전극과 접지전극이 이격되어 있고, 이 전극간에는 정전용량이 형성되어 있다. 전계 검출부(141)는 낙뢰 발생시 발생된 전계 변화로 인한 전계 파형에 대응하는 신호를 출력한다.
전계 검출부(141)에는 예를 들면, 최대 40km 거리의 낙뢰를 감지할 수 있는 프랭클린 낙뢰센서(Franklin Lightning Sensor)가 사용될 수 있다. 프랭클린 낙뢰센서는 구름에서 지면으로 내리치는 낙뢰 뿐만 아니라 폭풍 접근 가능성을 판단할 때 쓰이는 구름 속 활동도 감지한다. 프랭클린 낙뢰센서는 최대 40km 밖에서 접근하는 낙뢰 활동을 감지한다. 프랭클린 낙뢰센서는 측정된 신호를 사용하여 낙뢰가 발생하는 구름의 선단과의 거리 혹은 낙뢰 발생거리를 통계적으로 계산한다. 낙뢰센서는 낙뢰가 발생하는 구름의 선단과의 거리정보 혹은 낙뢰의 발생거리정보를 검출하여 제어부(15)로 전달한다.
자계 검출부(142)는 낙뢰 발생시의 자기장 변화를 검출한다. 자계 검출부(142)는 직교 배치된 두 개의 루프센서를 포함한다. 낙뢰에 의해 발생된 낙뢰전류에 의해 자기장이 발생하는 데, 자계 검출부(142)는 이때의 자기장 변화를 두 개의 루프센서를 통해 검출하고, 검출된 자계 변화로 인한 자계 파형에 대응하는 신호를 출력한다.
음향 검출부(143)는 낙뢰 발생 후 뒤따르는 천둥 소리를 검출한다. 음향 검출부(143)는 마이크로폰을 포함한다. 예를 들면, 음향 검출부(143)는 음압에 따라 진동변위하는 가동전극과 대단히 좁은 간격으로 대항하는 고정전극으로 평행판 콘덴서를 구성될 수 있다. 음향 검출부(143)는 음압에 따른 가동전극의 변위로 인한 정전용량의 변화를 그에 대응하는 전기적인 신호로 출력한다.
광 검출부(144)는 낙뢰 발생시에 발생하는 번개를 검출한다. 광 검출부(144)는 낙뢰 발생시에 발생하는 번개를 검출하여 전기신호로 변환하여 출력한다. 광 검출부(144)는 8개의 서로 다른 방향에 설치되어 순간적으로 발생하는 낙뢰에 의한 빛을 검출한다. 제어부(15)는 각 광 검출부(144)에 의해 제공된 신호를 근거로 하여 낙뢰의 방위정보를 인식한다.
도 5에 도시된 바와 같이, 상기한 구성을 갖는 낙뢰감지부(14)는 지주부(145)와, 이 지주부(145)에 의해 받쳐지는 돔형 커버부(146)를 포함한다.
지주부(145)는 일측은 접지되어 있고, 타측은 2개로 분기된 구조를 갖는다. 제1 분기측에는 전계 검출부(141)가 설치되고 제2 분기측에는 자계 검출부(142)가 설치된다.
돔형 커버부(146)는 수평 지지부(147)에 의해 지주부(145)와 연결된다. 수평 지지부(147)는 지주부(145)의 일측과 타측 사이의 중간부분과 돔형 커버부(146)의 원주형 단부를 연결하는 것에 의해 돔형 커버부(146)를 지주부(145)에 지지시킨다. 예를 들면, 수평 지지부(147)는 부채살 형태로 이루어질 수 있다. 수평 지지부(147)는 도전성 재질로 이루어질 수 있다. 수평 지지부(147)는 전계 검출부(141) 측에 대응하는 부분에만 전계 검출에 필요한 충분한 크기의 구멍이 뚫려 있다면 소정 면적을 갖는 플레이트 형태로 이루어질 수 있다.
돔형 커버부(146)는 전계 검출부(141)와 자계 검출부(142)를 낙뢰로부터 보호할 수 있도록 전계 검출부(141)과 자계 검출부(142)를 덮을 수 있는 정도의 내경을 가진다.
돔형 커버부(146)는 내부의 전계 검출부(141)와 자계 검출부(142)가 낙뢰발생시 발생하는 전계 변화를 자계 변화를 감지할 수 있도록 비금속 물질로 이루어진다. 돔형 커버부(146)는 비전도성의 강화 플라스틱을 포함할 수 있다.
돔형 커버부(146)의 외표면에는 도전 스트립(148)이 마련되어 있다. 도전 스트립(148)은 돔형 커버부(146)의 외표면 상에 방사형으로 마련된다. 도전 스트립(148)은 돔형 커버부(146)가 낙뢰를 맞을 경우 전기가 수평 지지부(147)을 거쳐 지주부(145)로 흐를 수 있도록 하는 역할을 한다. 이에 따라, 낙뢰발생시 전계 검출부(141)과 자계 검출부(142)를 낙뢰로부터 보호할 수 있음은 물론 대부분의 낙뢰전류를 도전 스트립을 통해 지주부(145)로 신속히 전달시킬 수 있어 돔형 커버부(146)의 손상까지도 방지할 수 있다.
도 6에 도시된 바와 같이, 도전 스트립(148)은 절연물질로 이루어지고 베이스를 형성하는 기저판(substrate)(148a)과, 이 기저판의 상부에 균일하게 마련된 열 경화성 수지(148b)와, 이 열경화성 수지(148b)에 의해 기저판(148a)에 부착되는 도전성 금속물질(148c)를 포함한다. 도전성 금속물질(148c)는 알루미늄을 포함할 수 있다. 도전성 금속물질(148c)는 기저판(148a)에 분말 형태로 흩뿌려진 상태로 마련될 수 있다.
상기한 구성을 갖는 도전 스트립(148)은 돔형 커버부(146)의 스트리머(Streamer)의 발생원을 지주부(145)로 옮기게 되므로 돔형 커버부(146)에 정전기 쉴드를 만드는 효과가 있다.
돔형 커버부(146)는 내부에 보호되는 전계 검출부(141)와 자계 검출부(142)에 형성되는 전자기파와 돔형 커버부(146)의 외부공기의 마찰로 인해 이온화된 스트리머를 발생시킬 수 있다. 이러한 스트리머는 낙뢰 타격의 통로를 제공하게 되므로 도전 스트립(148)이 설치되지 않은 돔형 커버부(146)는 낙뢰가 관통하여 전계 검출부(141)와 자계 검출부(142) 등의 검출소자들을 손상시킬 수 있다. 하지만, 도전 스트립(148)이 설치된 경우 정전기로 인하여 발생되는 전하를 신속하게 분산시킬 수 있어 낙뢰로부터 각종 검출소자들을 안전하게 보호할 수 있다.
도전 스트립(148)은 돔형 커버부(146)의 원주 단부까지 연장되어 설치되고 있다. 또한, 도전 스트립(148)은 수평 지지부(147) 또는 지주부(145)까지 연장되어 설치될 수 있다.
또한, 지주부(145)의 중도에는 음향 검출부(143)과 광 검출부(144)를 지지하는 설치대(149)가 마련될 수 있다. 이 설치대(149)에는 낙뢰발생시 낙뢰방위를 파악할 수 있도록 광 검출부(144)가 서로 다른 8가지 방향으로 등간격으로 배치될 수 있다. 이 설치대(149)의 일측에는 음향 검출부(143)가 설치될 수 있다.
도 4에 도시된 바와 같이, 제어부(15)는 제1 낙뢰거리추정부(150), 제2 낙뢰거리추정부(151), 제3 낙뢰거리추정부(152), 최종낙뢰거리추정부(153), 낙뢰발생위치추정부(154)를 포함한다.
제1 낙뢰거리추정부(150)는 전계 검출부(141)를 통해 검출된 전계의 변화를 이용하여 제1 낙뢰거리를 추정한다.
제2 낙뢰거리추정부(151)는 자계 검출부(142)를 통해 검출된 자계의 변화를 이용하여 제2 낙뢰거리를 추정한다.
낙뢰에 의해 발생하는 전계 파형과 자계의 파형은 각각 낙뢰거리에 따라 다르게 나타난다. 예를 들면, 낙뢰거리에 따라 전계 파형과 자계 파형의 파미특성이 변화한다. 원거리 낙뢰에 의해서는 주로 방사성분만이 검출되므로 전계와 자계 파형은 거의 같은 모양으로 나타난다.
낙뢰에 의해서 방사되는 전계와 자계 파형의 파두 부분의 특징은 초기에 서서히 상승하는 부분과 그 후의 급상승하는 부분으로 분류할 수 있다. 서서히 상승하는 부분은 부착과정 동안에 발생한 완만한 기울기를 가지는 파두부분이다. 급상승하는 부분은 대지로부터 귀환뇌격전류에 의한 것으로 급격한 기울기를 가진 피크가 발생하며 상승시간은 예를 들면 수백 [ns]정도이다. 이와 같이 낙뢰에 의해서 방사되는 전계와 자계의 파형에서 급상승하는 것은 뇌격전류의 변화에 대응한다. 낙뢰에 의해 발생된 전계 파형과 자계 파형의 변동은 이의 방사원인 뇌격전류와 직접적인 관련성을 갖는다. 낙뢰에 의한 전계 파형과 자계 파형의 특성은 상승시간, 영점교차시간, 반전 딥 깊이(파미의 특성을 나타내는 것으로 파형의 제1 피크값에 대한 반대극성의 피크값의 비율) 등의 여러 가지 파라미터에 의해 분석되며, 이들 파라미터는 낙뢰지점위치로부터 검출용 센서까지의 거리에 따라 변화한다. 따라서, 전계 파형과 자계 파형은 분석하는 것에 의해 각각의 낙뢰거리를 추정할 수 있다.
제3 낙뢰거리추정부(152)는 음향 검출부(143)를 검출된 음향 신호와 광 검출부(144)를 통해 검출된 광 신호를 수신하고, 번개 발생으로부터 천둥소리가 검출될 때까지의 시간을 근거로 낙뢰거리를 산출한다. 번개가 생기고 나서 소정시간이 경과한 시점에서 천둥소리 특유의 주파수를 가진 음향을 검출할 수 있는데, 광 검출부(144)를 통해 번개가 검출된 후 음향검출부(143)를 통해 천둥소리가 검출될 때까지의 시간과 음속에 따라 낙뢰거리를 추정한다.
최종낙뢰거리추정부(153)는 제1 낙뢰거리추정부(150)를 통해 추정된 제1 낙뢰거리와, 제2 낙뢰거리추정부(151)를 통해 추정된 제2 낙뢰거리와, 제3 낙뢰거리추정부(152)를 통해 추정된 제3 낙뢰거리를 종합하여 최종낙뢰거리를 추정한다. 최종낙뢰거리추정부(153)는 3개의 낙뢰거리값의 평균값을 최종낙뢰거리값으로 추정할 수 있다. 이때, 또한, 최종낙뢰거리추정부(153)는 3개의 낙뢰거리값에 서로 다른 가중치를 적용할 수 있다. 예를 들면, 제1 낙뢰거리, 제2 낙뢰거리, 제3 낙뢰거리 순으로 가중치를 높게 설정할 수 있다.
낙뢰발생위치추정부(154)는 최종낙뢰거리추정부(153)를 통해 추정된 최종낙뢰거리와 광 검출부(144)를 통해 검출된 낙뢰 방위를 근거로 낙뢰발생위치를 추정한다. 광 검출부(144)는 설치대(149)에 서로 다른 방향으로 8개가 설치되어 있으므로, 각 광 검출부(144)를 통해 검출된 광 신호와 각 광 검출부(144)가 설치된 방향을 고려하면 낙뢰의 방향을 알 수 있다.
한편, 제어부(15)는 낙뢰발생위치를 추정한 후 추정된 낙뢰발생위치가 미리 설정된 범위 이내인지를 판단한다.
다시 도 2를 참조하면, 제어부(15)는 낙뢰감지부(14)를 통해 감지된 낙뢰발생위치정보에 따라 동축 셀렉터부(13)를 제어하여 동축 셀렉터부(13)의 신호경로를 안테나부(11)와 송수신부(12)간의 제1 신호경로에서 안테나부(11)와 접지측간의 제2 신호경로를 절환시킨다.
보다 구체적으로는, 제어부(15)는 안테나부(11)를 통해 무선신호를 중계하는 동안 낙뢰감지부(14)를 통해 검출된 낙뢰의 발생위치가 미리 설정된 범위 이내인지를 판단한다. 제어부(15)는 낙뢰감지부(14)를 통해 검출된 낙뢰의 발생위치가 미리 설정된 범위를 벗어난 경우, 동축 셀렉터부(13)을 제어하여 안테나부(11)과 송수신부(12)간의 신호 연결을 계속해서 유지시켜 무선 중계기의 신호 중계 기능을 수행한다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 무선 중계기에서 낙뢰 발생위치가 미리 설정된 범위를 벗어날 경우 동축 셀렉터부의 작동을 설명하기 위한 도면이다.
도 7를 참조하면, 제어부(15)는 낙뢰감지부(14)를 통해 검출된 낙뢰의 발생위치가 미리 설정된 범위를 벗어나면, 낙뢰가 상대적으로 먼 곳에서 발생한 것이므로 낙뢰로 인한 무선 중계기의 손상 위험이 낮은 상태로 판단한다. 따라서, 제어부(15)는 동축 셀렉터부(13)의 스위치를 계속해서 온 시킨다. 이에 따라, 안테나부(11)과 송수신부(12)간의 신호라인이 전기적으로 연결된 상태를 유지하여 무선 중계기가 신호의 중계 기능을 계속해서 수행한다.
다시 도 2를 참조하면, 제어부(15)는 낙뢰감지부(14)를 통해 검출된 낙뢰의 발생위치가 미리 설정된 범위 이내인 경우, 동축 셀렉터부(13)을 제어하여 안테나부(11)과 송수신부(12)간의 신호 연결을 전기적으로 분리시킴과 함께 안테나부(11)를 접지측으로 연결시킴으로써 발생된 낙뢰로 인한 낙뢰전류가 안테나부(11)를 통해 송수신부(12)로 유입되지 않고 접지측으로 바이패스시켜 무선 중계기를 낙뢰로부터 보호한다.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 무선 중계기에서 낙뢰 발생위치가 미리 설정된 범위 이내일 경우 동축 셀렉터부의 작동을 설명하기 위한 도면이다.
도 8을 참조하면, 제어부(15)는 낙뢰감지부(14)를 통해 검출된 낙뢰의 발생위치가 미리 설정된 범위 이내이면, 낙뢰가 상대적으로 가까운 거리에서 발생한 것이므로 낙뢰로 인한 무선 중계기의 손상 위험이 큰 상태인 것으로 판단한다. 따라서, 제어부(15)는 동축 셀렉터부(13)의 스위치를 오프시킨다. 스위치가 오프됨에 따라 안테나부(11)와 송수신부(12)간의 신호 연결이 분리되고 안테나부(11)가 접지측과 연결된다. 이에 따라, 안테나부(11)로 낙뢰전류가 유입되더라도 무선 중계기를 보호할 수 있다.
제어부(15)는 동축 셀렉터부(13)를 제어하여 안테나부(11)와 송수신부(12)간의 신호 연결을 차단시킨 후 낙뢰 영향이 최소화되는 미리 설정된 시간이 경과하면 동축 셀렉터부(13)을 원래의 작동상태로 복귀시켜 안테나부(11)와 송수신부(12)간의 신호 연결이 다시 이루어지도록 한다.
제어부(15)는 신호 송수신 작동시 동축 셀렉터부(13)에 의한 안테나부(11)과 송수신부(12)간의 신호 연결이 분리되는 동안에는 신호 송수신 작동을 일시 정지하고, 안테나부(11)와 송수신부(12)간의 신호 연결이 다시 이루어질 때 신호 송수신 작동을 재개할 수 있다.
본 발명의 실시예에서는 동축 셀렉터부(13)가 안테나부(11)와 송수신부(12) 사이에 마련된 것에 대해서 설명하고 있지만, 이에 한정되지 않는다. 송수신부(12)가 제어부(15)에 통합된 경우에는 동축 셀렉터부(13)는 제어부(15)의 제어신호에 따라 안테나부(11)과 제어부(15) 사이의 신호 라인에 마련되어 안테나부(11)과 제어부(15)간의 신호라인을 전기적으로 연결시키거나 분리시킬 수 있다.
도 9a 내지 9b는 본 발명의 일실시예에 따른 무선 중계기의 제어방법을 설명하기 위한 제어흐름도이다.
도 9a 내지 9b를 참조하면, 무선 중계기의 제어방법은 전계를 검출하는 과정(200), 검출된 전계 변화를 이용하여 제1 낙뢰거리를 추정하는 과정(202), 자계를 검출하는 과정(204), 검출된 자계 변화를 이용하여 제2 낙뢰거리를 추정하는 과정(206), 광 및 음향을 검출하는 과정(208), 검출된 광 및 음향을 이용하여 제3 낙뢰거리를 추정하는 과정(210), 작동모드 202, 206, 210에서 각각 추정된 제1 낙뢰거리 내지 제3 낙뢰거리를 근거로 최종 낙뢰거리를 추정하는 과정(212), 번개의 방향을 이용하여 낙뢰 방향을 추정하는 과정(214), 최종 낙뢰거리와 낙뢰 방향을 근거로 하여 낙뢰 발생위치를 추정하는 과정(216)을 포함한다.
한편, 낙뢰 발생위치를 추정한 후 제어부(17)는 추정된 낙뢰 발생위치가 무선 중계기로부터 미리 설정된 범위 이내인지를 판단한다(218).
만약, 작동모드 218의 판단결과 낙뢰 발생위치가 무선 중계기로부터 미리 설정된 범위를 벗어나면 제어부(15)는 동축 셀렉터부(13)을 제어하여 동축 셀렉터부(13)의 신호 경로를 제1 신호경로로 계속 유지함으로써 안테나부(11)와 송수신부(12)간의 신호 연결을 유지시킨다(220).
한편, 작동모드 218의 판단결과 낙뢰 발생위치가 무선 중계기로부터 미리 설정된 범위 이내이면, 제어부(15)는 동축 셀렉터부(13)을 제어하여 동축 셀렉터부(13)의 신호 경로를 제1 신호경로에서 제2 신호경로로 절환시킴으로써 안테나부(11)와 송수신부(12)간의 신호 연결을 전기적으로 분리시키고(222), 안테나부(11)를 접지측으로 연결시킨다(224). 이에 따라, 무선 중계기에 낙뢰로 인한 낙뢰전류가 유입되더라도 이를 차단하고 접지측으로 바이패스시킬 수 있어 무선 중계기를 낙뢰로부터 안전하게 보호할 수 있다.
10 : 무선 중계기 11 : 안테나부
12 : 송수신부 13 : 동축 셀렉터부
14 : 낙뢰감지부 15 : 제어부

Claims (8)

  1. 무선 중계기에 있어서,
    안테나부;
    상기 안테나부를 통해 신호를 송수신하는 송수신부;
    상기 안테나부를 상기 송수신부 또는 접지측으로 연결시키도록 상기 신호의 경로를 선택적으로 절환시키는 동축 셀렉터부;
    낙뢰발생시의 전계 변화를 검출하는 전계 검출부, 낙뢰발생시의 자계 변화를 검출하는 자계 검출부, 낙뢰발생시의 천둥소리를 검출하는 음향 검출부 및 낙뢰발생시의 번개를 검출하는 광 검출부로 구비되어 낙뢰의 발생위치를 감지하는 낙뢰감지부; 및
    상기 안테나부를 통해 신호를 무선 중계하는 동안 상기 낙뢰감지부를 통해 감지된 낙뢰의 발생위치가 미리 설정된 범위 이내이면, 상기 안테나부와 상기 송수신부간의 신호 연결을 분리시켜 상기 발생된 낙뢰로 인한 낙뢰전류가 상기 송수신부로 유입하는 것을 방지하도록 하고, 상기 안테나부를 상기 접지측과 연결시켜 상기 안테나부에 유입하는 낙뢰전류를 상기 접지측으로 바이패스시키도록 상기 동축 셀렉터부를 제어하는 제어부;를 포함하는 무선 중계기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 동축셀렉터부는 상기 제어부의 제어신호에 따라 온 또는 오프되는 스위치를 포함하고, 상기 스위치의 온 또는 오프 동작에 따라 상기 동축셀렉터부의 신호 경로를, 상기 안테나부와 연결된 제1 동축케이블과 상기 송수신부에 연결된 제2 동축케이블을 연결하는 제1 신호경로와, 상기 안테나부와 연결된 제1 동축케이블과 상기 접지측을 연결하는 제2 신호경로 중 어느 하나로 절환시키는 무선 중계기.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 전계 검출부를 통해 검출된 전계의 변화를 이용하여 제1 낙뢰거리를 추정하는 제1 낙뢰거리추정부와, 상기 자계 검출부를 통해 검출된 자계의 변화를 이용하여 제2 낙뢰거리를 추정하는 제2 낙뢰거리추정부와, 상기 광 검출부를 통해 번개를 검출한 후 상기 음향 검출부를 통해 천둥소리가 검출될 때까지의 시간과 음속에 따라 제3 낙뢰거리를 추정하는 제3 낙뢰거리추정부와, 상기 추정된 제1 낙뢰거리 내지 제3 낙뢰거리에 서로 다른 가중치를 적용한 후 종합하여 최종 낙뢰거리를 추정하는 최종낙뢰거리추정부와, 상기 최종낙뢰거리추정부를 통해 추정된 최종낙뢰거리와 상기 광 검출부를 통해 검출된 낙뢰 방위를 근거로 낙뢰발생위치를 추정하는 낙뢰발생위치추정부를 포함하는 무선 중계기.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 전계 검출부 및 자계 검출부는 지주부에 마련되며, 내부에 상기 전계 검출부 및 자계 검출부를 수용하는 돔형 커버부를 상기 지주부에 지지하는 수평 지지부와, 상기 돔형 커버부에 낙뢰가 유입될 경우 전기가 상기 수평 지지부를 거쳐 상기 지주부로 흐를 수 있도록 상기 돔형 커버부의 외표면에 길이방향으로 방사형으로 마련되는 복수의 도전 스트립을 포함하는 무선 중계기.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 돔형 커버부는 비도전성 물질로 이루어지고,
    상기 도전스트립은 절연물질로 이루어진 기저판과, 상기 기저판의 상부에 균일하게 마련된 열 경화성 수지와, 상기 열경화성 수지에 의해 상기 기저판에 부착되는 도전성 금속물질을 포함하는 무선 중계기.
  7. 무선 중계기에 있어서,
    안테나부;
    상기 안테나부로부터 입력된 신호를 수신하거나 상기 안테나부로 신호를 전달하는 송수신부;
    상기 안테나부 및 상기 송수신부와 각각 동축 케이블에 의해 연결되고, 신호경로를 상기 안테나부와 상기 송수신부간의 제1 신호경로 또는 상기 안테나부와 접지측간의 제2 신호경로로 선택적으로 절환시키는 동축 셀렉터부;
    낙뢰의 발생위치를 감지하는 낙뢰감지부; 및
    상기 낙뢰감지부를 통해 감지된 낙뢰발생위치정보를 근거로 낙뢰가 미리 설정된 범위 이내에 발생하면 상기 동축 셀렉터부를 통해 상기 동축 셀렉터부의 신호경로를 상기 제1 신호경로에서 상기 제2 신호경로로 절환시키고, 상기 낙뢰가 상기 미리 설정된 범위를 벗어나 발생하면 상기 동축 셀렉터부를 통해 상기 동축 셀렉터부의 신호경로를 상기 제2 신호경로에서 상기 제1 신호경로로 절환시키는 제어부;를 포함하며,
    상기 낙뢰감지부는 지주부와, 상기 지주부에 마련되고 낙뢰발생시의 전계를 검출하는 전계 검출부와, 상기 지주부에 마련되고 낙뢰발생시의 자계를 검출하는 자계 검출부와, 상기 지주부에 의해 받쳐지며, 내부에 상기 전계 검출부 및 자계 검출부를 수용하는 돔형 커버부와, 상기 돔형 커버부를 상기 지주부에 지지하는 수평 지지부와, 상기 돔형 커버부에 낙뢰가 유입될 경우 전기가 상기 수평 지지부를 거쳐 상기 지주부로 흐를 수 있도록 상기 돔형 커버부의 외표면에 길이방향으로 방사형으로 마련되는 복수의 도전 스트립을 포함하는 무선 중계기.
  8. 삭제
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