KR101644463B1

KR101644463B1 - 초광대역 강전자기파 발진장치

Info

Publication number: KR101644463B1
Application number: KR1020150069022A
Authority: KR
Inventors: 이종원; 류지헌; 홍성훈; 우현종
Original assignee: 국방과학연구소
Priority date: 2015-05-18
Filing date: 2015-05-18
Publication date: 2016-08-01

Abstract

본 발명은 일 방향을 향하는 반사면을 구비하는 포물면 반사판 및 상기 반사면에 이격되어 배치되고, 전자기파를 복사하도록 이루어지는 스파크 갭 스위치를 포함하고, 상기 스파크 갭 스위치는 양 단부에 개구가 형성되는 통형의 케이스, 상기 케이스의 내측 양 단부에 각각 결합되는 브라켓, 상기 브라켓에 결합되고 케이블 통로 역할을 하는 전극 고정부 및 상기 케이스의 내부에서 상기 전극 고정부에 고정되고, 전자기파를 발생시키도록 이루어지는 전극 몸체를 포함하고, 상기 일 방향으로 발생되는 전자기파를 감소시키도록 상기 전극 몸체는 세로 방향으로 절단되는 절단면을 구비하고 상기 절단면은 상기 일 방향을 향하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 초광대역 강전자기파 발진장치를 개시한다.

Description

초광대역 강전자기파 발진장치{ULTRA-WIDEBAND ELECTROMAGNETIC WAVE GENERATOR}

본 발명은 초광대역 강전자기파 발진장치에 관한 것이다.

초광대역 강전자기파 발생장치와 관련하여 종래 등록번호 10-1252604 특허에서 안전된 방전을 위한 스파크 갭 스위치 형태를 제안하였으며, 공개번호 10-2014-0032653 특허에서 스파크 갭 스위치 발생장치와 포물면 반사판을 결합하여 강전자기파의 특정 방향성을 높인 장치를 제안하였다. 이 10-2014-0032653 특허에서 제안된 장치는 지향성을 높이기 위하여 스파크 갭 스위치의 한쪽 면에 반사판을 설치한다.

도 1은 종래 기술의 초광대역 강전자기파 복사용 스파크 갭 스위치를 나타내는 개념도이다.

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 고전압 공급전선(7, 8)이 배선됨으로써 전기적으로 결합되며, 스파크 갭 스위치(1)와 펄스파워 발생기(2) 및 가스공급기(9)에는 가스호스(9a, 9b)가 배선됨으로써 고압가스에 연결된다.

특히, 상기 음극전선(4)은 스파크 갭 스위치(1)를 중심으로 포물면 반사판(5)과 반대방향에 배치됨으로써 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.

종래의 초광대역 강전자기파 발생장치에는 다음과 같은 문제점이 있었다.

스파크 갭 스위치에서 무방향성으로 나오는 전자기파 중 포물면 반사판 쪽으로 방사되는 전자기파는 반사판에 의해 반사되어 방향성을 지닌 강전자기파 전파의 원래 목적으로 사용된다. 하지만, 스위치에서 포물면 반사판 반대쪽으로 방사되는 전자기파는 반사판으로 향하지 않아 공간으로 흩어지게(Spill-over) 되었다. 이로 인해, 전원부 등의 구성이 전자기파에 의해 손상되고, 발진장치의 발생효율이 저감되는 문제점이 있었다.

또한, 스파크 갭 스위치와 포물면 반사판으로 이루어진 대형 구조는 상대적으로 큰 축전용량(capacitance)을 지니게 되어 전원에너지를 많이 소모시키는 동시에 반복적인 전자기파의 방사를 어렵게 만드는 문제점이 있었다.

본 발명의 일 목적은 스파크 갭 스위치로부터 방사되는 전자기파를 공간으로 흩어지지 않게 하여, 여러 구성을 전자기파로부터 보호하고, 발진장치의 발생효율을 향상시키는 구조를 제시하는 것이다.

본 발명의 다른 일 목적은 전원에너지의 소모를 저감시키고, 반복적인 전자기파의 방사를 가능하게 하는 초광대역 강전자기파 발진장치를 제공하는 것이다.

이와 같은 본 발명의 해결 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따르는 초광대역 강전자기파 발진장치는 일 방향을 향하는 반사면을 구비하는 포물면 반사판; 및 상기 반사면에 이격되어 배치되고, 전자기파를 복사하도록 이루어지는 스파크 갭 스위치를 포함하고, 상기 스파크 갭 스위치는, 양 단부에 개구가 형성되는 통형의 케이스; 상기 케이스의 내측 양 단부에 각각 결합되는 브라켓; 상기 브라켓에 결합되고, 케이블 통로 역할을 하는 전극 고정부; 및 상기 케이스의 내부에서 상기 전극 고정부에 고정되고, 전자기파를 발생시키도록 이루어지는 전극 몸체를 포함하고, 상기 일 방향으로 발생되는 전자기파를 감소시키도록, 상기 전극 몸체는 세로 방향으로 절단되는 절단면을 구비하고, 상기 절단면은 상기 일 방향을 향하도록 형성된다.

본 발명과 관련된 일 예에 따르면, 상기 전극 몸체는, 두 개로 구비되어 평면 또는 곡면으로 이루어진 면끼리 서로 대면한다.

상기 두 개의 전극 몸체의 서로 대면하는 단부에는 초광대역 강전자기파의 방전을 집중시키도록 이루어지는 전극 돌기가 각각 형성될 수 있다.

상기 전극 돌기는 상기 전극 몸체의 각각의 단부에 서로 이격되게 배치될 수 있다.

본 발명과 관련된 다른 일 예에 따르면, 상기 케이스의 내부는 상기 전극 몸체를 둘러싸도록 이루어지는 고압 가스 또는 기름으로 채워진다.

본 발명과 관련된 또 다른 일 예에 따르면, 상기 브라켓에는 케이블을 수용하는 홀이 관통하여 형성되고,

본 발명과 관련된 또 다른 일 예에 따르면, 상기 케이스의 내부를 향하는 상기 브라켓의 일 면에는 양극 및 음극 급전부가 결합된다.

본 발명과 관련된 또 다른 일 예에 따르면, 상기 전극 고정부는, 전극 몸체에 흐르는 전류의 그라운딩을 방지하도록 절연체로 이루어진다.

본 발명에 의하면, 전극 몸체를 세로로 절단하여 방사되는 강전자기파 중에 공간으로 손실되는 전자기파를 감소시키고, 이로 인해 발진장치의 효율을 높힐 수 있다.

또한, 본 발명에 의하면, 전극 몸체가 전자기파의 한쪽으로만 방사되고, 전원부 등의 장치를 안전하게 보호할 수 있는 영역을 확보할 수 있다.

한편, 본 발명에 의하면, 전극 몸체의 크기가 줄어듦으로 인해 축전용량이 감소된다. 본 발명의 초광대역 강전자기파 발진장치는 축전용량의 감소로 인해, 전원 재충전에 소모되는 시간이 단축되게 되고, 아울러 반복적인 전자기파의 방사를 가능하게 한다.

도 1은 종래 기술의 초광대역 강전자기파 발진장치를 나타내는 개념도.
도 2는 본 발명의 초광대역 강전자기파 발진장치를 나타내는 개념도.
도 3은 본 발명의 스파크 갭 스위치 및 포물면 반사판을 나타내는 개념도.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 여러 실시예들에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예들에 한정되지 않는다.

본 명세서에서는 서로 다른 실시예라도 동일·유사한 구성에 대해서는 동일·유사한 참조번호를 부여하고, 그 설명은 처음 설명으로 갈음한다. 본 명세서에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함한다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.

도 2는 본 발명의 초광대역 강전자기파 발진장치(100A)를 나타내는 개념도이다. 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 의한 초광대역 강전자기파 발진장치(100A)는 포물면 반사판(10) 및 스파크 갭 스위치(100)를 포함한다.

포물면 반사판(10)은 일 방향으로 향하는 반사면(13)을 구비하고, 스파크 갭 스위치(100)에서 발생하는 강전자기파를 반사시켜서 초광대역 펄스로서 복사시킨다. 포물면 반사판(10)은 포물면, 파라볼라의 형상 등으로 이루어질 수 있다.

한편, 본 발명에서 '일 방향'이라고 하는 것은 포물면 반사판(10)의 반사면(13)이 향하고 있는 방향으로 정의하기로 한다.

본 발명에서의 전자기파는 초광대역 강전자기파일 수 있다.

스파크 갭 스위치(100)는 초 광대역 펄스의 발생과 함께 무지향성의 전자기파의 복사를 가능하게 하는 고전력 스위칭 소자이다.

스파크 갭 스위치(100)는 케이스(110), 브라켓(120a, 120b), 전극 고정부(130a, 130b) 및 전극 몸체(140a, 140b)를 포함하는데, 스파크 갭 스위치(100)의 상세 구성에 대하여는 후술하기로 한다.

초광대역 강전자기파 발진장치(100A)는 펄스파워 발생기(20), 고전압 공급기(60) 및 가스공급기(90)를 더 포함할 수 있다.

펄스파워 발생기(20)는 스파크 갭 스위치(100)와 함께 배열되어 스파크 갭 스위치(100)에서 매우 약하게 나오는 축방향 강전자기파 출력 왜곡을 해소하도록 이루어진다. 고전압 공급기(60)는 펄스파워 발생기(20)에 고전압을 공급하고, 가스공급기(90)는 상이한 2개의 압력으로 고압가스를 공급한다.

포물면 반사판(10)을 기준으로 한 레이아웃에서, 포물면 반사판(10)의 앞쪽에는 스파크 갭 스위치(100)와 펄스파워 발생기(20)가 배열되고, 포물면 반사판(10)의 뒤쪽으로는 고전압 공급기(60)와 가스공급기(90)가 배열된다.

도 2에 도시된 바와 같이, 초 광대역 강전자기파 발생장치(100A)는 스파크 갭 스위치(100)와 펄스파워 발생기(20)에는 양극전선(30)과 음극전선(40)이 배선됨으로써 전기적으로 결합되고, 펄스파워 발생기(20)와 고전압 공급기(60)에는 고전압 공급전선(70, 80)이 배선됨으로써 전기적으로 결합되며, 스파크 갭 스위치(100)와 펄스파워 발생기(20) 및 가스공급기(90)에는 가스호스(90a, 90b)가 배선됨으로써 고압가스에 연결된다.

특히, 상기 음극전선(40)은 스파크 갭 스위치(100)를 중심으로 포물면 반사판(10)과 반대방향에 배치됨으로써 음극전선(40)에 의한 주변부 절연파괴의 가능성이 크게 줄어들 수 있다.

더불어, 상기 음극전선(40)은 포물면 반사판(10)과 반대방향에서 최대한 먼 거리로 이격시켜줌으로써 음극전선(40)에 의한 주변부 절연파괴의 가능성이 더욱 줄어들고, 이를 통해 음극전선(40)에 의한 주변부 절연파괴의 가능성은 최소화될 수 있는 점에 대하여는 전술하였다.

도 3은 본 발명의 스파크 갭 스위치(100) 및 포물면 반사판(10)을 나타내는 개념도이다. 도 3을 참조하여, 스파크 갭 스위치(100)의 상세 구성에 대하여 서술한다.

케이스(110)는 양 단부에 개구가 형성되는 통형으로 형성되어 초광대역 강전자기파 발진장치(100A)의 외관을 이룬다. 케이스(110)는 고압 가스 또는 기름으로 채워지는 내부 공간(117)을 구비하고, 전극 몸체(140a, 140b)는 고압 가스 또는 기름과 접촉하는 구조가 되어 스파크 갭 스위치(100)의 강전자기파 발진성능이 향상된다.

또한, 케이스(110)는 양 단부에서 양 단부 사이의 중앙 부분 보다 두꺼운 두께를 구비하는 돌출부를 구비한다. 돌출부 부근의 내주에는 브라켓(120a, 120b)이 결합되는데, 케이스(110)는 비금속 절연재질로 이루어질 수 있다.

브라켓(120a, 120b)은 케이스(110)의 양 단부에 결합된다. 도 3에 도시된 바와 같이, 두 개의 브라켓(120a, 120b)이 케이스(110)의 양 단부의 개구에 위치한 일례가 도시된다. 브라켓(120a, 120b)은 케이블이 수용되는 케이블 홀(127a, 127b)을 구비하고, 케이스(110)의 내부를 향하는 브라켓(120a, 120b)의 일 면에는 케이블과 전기적으로 연결되는 양극 및 음극 급전부(123a, 123b)가 결합된다. 케이블 홀(127a, 127b)은 도면을 참조하면, 브라켓(120a, 120b)의 가운데 부근을 수직방향으로 관통하여 형성될 수 있다.

전원부에 연결되어 전원을 공급받는 케이블은 양극 및 음극 급전부(123a, 123b)에 전기적으로 연결되어 초광대역 강전자기파 발진장치(100A), 특히, 스파크 갭 스위치(100) 에 전원을 공급하도록 이루어지는데, 양극 및 음극 급전부(123a, 123b)는 케이블을 통해 전극 몸체(140a, 140b)와 전기적으로 연결된다.

전극 고정부(130a, 130b)는 전극 몸체(140a, 140b)를 고정시키도록 이루어지는 구성이다. 전극 고정부(130a, 130b)는 전극 몸체(140a, 140b)의 절단되어 있는 형상을 고려하여 브라켓(120a, 120b) 일 면에서 편심지게 결합되는 것이 바람직하다. 아울러, 전극 고정부(130a, 130b)는 두 개로 구비될 수 있으며, 케이스(110) 내부에 구비된 내부 공간(117)의 상면과 하면에 배치된 결합될 수 있다.

전극 고정부(130a, 130b)에는 케이블이 지나갈 수 있는 홀(135a, 135b)이 형성될 수 있는데, 일례로 상기 케이블 홀(127a, 127b)과 교차하는 방향으로 형성되는 일례가 도 3에 도시된다. 전극 고정부(130a, 130b)는 홀(135a, 135b)이 형성됨으로써, 케이블의 통로 역할을 할 수 있으며, 전극 몸체(140a, 140b)에 전원의 공급을 가능하게 한다.

또한, 전극 고정부(130a, 130b)는 전극 몸체(140a, 140b)에 흐르는 전류의 그라운딩을 방지하도록 절연체로 이루어져야 한다. 예를 들면, 전극 고정부(130a, 130b)의 재질은 강화 플라스틱일 수 있다.

전극 몸체(140a, 140b)는 케이블에 전기적으로 연결된 전원부로부터 전원을 공급받아서, 전자기파를 발생시킨다. 전극 몸체(140a, 140b)는 세로 방향으로 절단되어 형성되는 절단면(141a, 141b)을 구비하는데, 도 3에 도시된 바와 같이, 전극 고정부(130a, 130b)는 절단면(141a, 141b)에 결합될 수 있다.

절단면(141a, 141b)은 포물면 반사판(10)의 반사면(13)이 향하는 방향으로 형성된다. 이로 인해, 반사면(13)이 향하는 방향, 즉 상기 일 방향으로 저항이 증가하게 되어 전자기파의 상기 일 방향으로의 이동은 둔화된다. 따라서, 전자기파는 절단면(141a, 141b)이 향하는 방향의 반대 방향인, 반사면(13)을 향하는 방향, 즉 상기 일 방향으로 발진되어 반사면(13)에 도달하게 되고, 반사면(13)의해 반사되어서 초광대역 펄스로서 복사시키게 된다.

한편, 전극 몸체(140a, 140b)는 면끼리 서로 대면하도록 이루어질 수 있다. 서로 대면되는 면은 각각 평면 또는 곡면으로 이루어질 수 있다. 전극 몸체(140a, 140b)는 전체적으로 반원통형으로 형성될 수 있으며, 마주보는 양 단부는 반원의 형상으로 돌출되어 형성될 수 있다.

전극 몸체(140a, 140b)의 가운데에는 전극 돌기(147a, 147b)가 형성된다. 도 3에는, 두 개의 전극 몸체(140a, 140b)의 서로 대면되는 평면 또는 곡면의 중심부에 전극 돌기(147a, 147b)가 각각 형성되어있는 일례가 도시된다. 전극 돌기(147a, 147b)는 전극 몸체(140a, 140b)의 초광대역 강전자기파의 방전 위치가 전극의 중심부에 집중되도록 안정된 방전을 유도한다. 전극 돌기(147a, 147b)에 의해 방전된 전자기파는 전술한 반사면(13)을 향하도록 복사되고, 반사면(13)에 의해 초광대역 펄스로서 복사되게 된다.

전극 몸체(140a, 140b)는 케이블과 전기적으로 연결 가능한 급전부(143a, 143b)를 구비한다. 급전부(143a, 143b)에는 케이블이 연결되고, 전극 몸체(140a, 140b)는 급전부(143a, 143b)에 전기적으로 연결되는 케이블을 통해 전원부로부터 전원을 공급받도록 이루어진다. 케이블은 전극 고정부(130a, 130b) 내부의 통로를 통과하여 양극 및 음극 급전부(123a, 123b)에 연결된다.

이상에서 설명한 초광대역 강전자기파 발진장치는 위에서 설명된 실시예들의 구성과 방법에 한정되는 것이 아니라, 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.

또한, 상술한 발명의 상세한 설명은 본 발명의 실시예로서 통상의 기술자가 발명을 실시하기 위한 구체적인 예시이고, 출원인의 권리가 이에 한정되는 것은 아니다. 출원인의 권리는 이하에서 서술되는 특허청구범위에 기재된 사항에 의하여 정하여진다.

100A : 초광대역 강전자기파 발진장치
10 : 포물면 반사판 20 : 펄스파워 발생기
60 : 고전압 공급기 90 : 가스공급기
100 : 스파크 갭 스위치 110 : 케이스
117 : 내부 공간 120a, 120b : 브라켓
127a, 127b : 케이블 홀 130a, 130b : 전극 고정부
135a, 135b : 홀 140a, 140b : 전극 몸체
141a, 141b : 절단면 147a, 147b : 전극 돌기

Claims

일 방향을 향하는 반사면을 구비하는 포물면 반사판; 및
상기 반사면에 이격되어 배치되고, 전자기파를 복사하도록 이루어지는 스파크 갭 스위치를 포함하고,
상기 스파크 갭 스위치는,
양 단부에 개구가 형성되는 통형의 케이스;
상기 케이스의 내측 양 단부에 각각 결합되는 브라켓;
상기 브라켓에 결합되고, 케이블 통로 역할을 하는 전극 고정부; 및
상기 케이스의 내부에서 상기 전극 고정부에 고정되고, 전자기파를 발생시키도록 이루어지는 전극 몸체를 포함하고,
상기 일 방향으로 발생되는 전자기파를 감소시키도록, 상기 전극 몸체는 세로 방향으로 절단되는 절단면을 구비하고, 상기 절단면은 상기 일 방향을 향하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 초광대역 강전자기파 발진장치.
제1항에 있어서,
상기 전극 몸체는,
두 개로 구비되어 평면 또는 곡면으로 이루어진 면끼리 서로 대면하도록 이루어지는 것을 특징으로 하는 초광대역 강전자기파 발진장치.
제2항에 있어서,
상기 두 개의 전극 몸체의 서로 대면하는 단부에는 초광대역 강전자기파의 방전을 집중시키도록 이루어지는 전극 돌기가 각각 형성되는 것을 특징으로 하는 초광대역 강전자기파 발진장치.
제3항에 있어서,
상기 전극 돌기는 상기 전극 몸체의 각각의 단부에 서로 이격되게 배치되는 것을 특징으로 하는 초광대역 강전자기파 발진장치.
제1항에 있어서,
상기 케이스의 내부는 상기 전극 몸체를 둘러싸도록 이루어지는 고압 가스 또는 기름으로 채워지는 것을 특징으로 하는 초광대역 강전자기파 발진장치.
제1항에 있어서,
상기 브라켓에는 케이블을 수용하는 홀이 관통하여 형성되고,
상기 케이스의 내부를 향하는 상기 브라켓의 일 면에는 양극 및 음극 급전부가 결합되는 것을 특징으로 하는 초광대역 강전자기파 발진장치.