KR102311307B1 - Emp protective device for rf antenna - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 안테나 통신선 또는 RF 통신선 등에 적용 가능한 EMP 방호 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 전자기펄스(EMP)로 인한 과도 전압/전류를 효과적으로 차단할 수 있는 EMP 방호 장치에 관한 것이다.The present invention relates to an EMP protection device applicable to an antenna communication line or an RF communication line, and more particularly, to an EMP protection device capable of effectively blocking excessive voltage/current due to an electromagnetic pulse (EMP).
최근 전기/전자통신기술의 발전에 따라 산업 플랜트, 회사, 일반 가정 등에서 디지털 전기/전자기기의 사용이 크게 확대되고 있는 추세이다. 하지만, 디지털 전기/전자기기의 경우 낙뢰 또는 전자기펄스(electromagnetic pulse, EMP) 등에 의해 발생하는 과도 전압에 매우 취약하므로 실제 과도 전압 유입 시 기기의 손상 가능성이 높아지는 문제점을 갖는다. 따라서, 과도 전압에 의한 기기 손상을 방지할 목적으로 과도 전압 보호 장치가 널리 사용되고 있다.Recently, with the development of electric/electronic communication technology, the use of digital electric/electronic devices in industrial plants, companies, and general homes has been greatly expanded. However, since digital electric/electronic devices are very vulnerable to transient voltages generated by lightning or electromagnetic pulses (EMP), etc., there is a problem in that the possibility of damage to the device increases when the actual transient voltage is introduced. Therefore, the transient voltage protection device is widely used for the purpose of preventing damage to the device due to the excessive voltage.
과도 전압 보호 장치란 과도 전압(transient voltage) 또는 노이즈(noise)를 감쇠시키는 장치를 의미하며, 전화선, 데이터 네트워크, CCTV 회로, 케이블 TV 회로, 또는 전자/통신 장비 등과 연결되는 AC/DC 전원선, 제어선 또는 통신선 상에 설치되어 과도 전압을 감쇠시키는 역할을 수행하게 된다. 상기 과도 전압 보호 장치로는 낙뢰로 인한 서지(surge)를 차단하기 위한 서지 보호 장치와 전자기펄스(EMP)로 인한 과도 전압을 차단하기 위한 EMP 방호 장치 등이 있다.Transient voltage protection device means a device that attenuates transient voltage or noise, and AC/DC power lines connected to telephone lines, data networks, CCTV circuits, cable TV circuits, or electronic/communication equipment; It is installed on the control line or communication line to attenuate the transient voltage. The transient voltage protection device includes a surge protection device for blocking a surge caused by lightning and an EMP protection device for blocking an excessive voltage due to an electromagnetic pulse (EMP).
이러한 과도 전압 보호 장치를 구성하는 소자는 전압/전류 특성에 따라 크게 클램프(clamp) 소자와 크로바(crowbar) 소자로 구분되는데, 전자의 경우 애벌런치 항복 다이오드(Avalanche Breakdown Diode, ABD)와 금속 산화물 배리스터(Metal Oxide Varistor, MOV)가 주로 사용되고, 후자의 경우 가스 방전관(Gas Discharge Tube, GDT)과 사이리스터 서지 억제기(Thyristor Surge Suppressor, TSS)가 주로 사용된다.The devices constituting the transient voltage protection device are largely divided into clamp devices and crowbar devices according to voltage/current characteristics. In the former case, an avalanche breakdown diode (ABD) and a metal oxide varistor (Metal Oxide Varistor, MOV) is mainly used, and in the latter case, a Gas Discharge Tube (GDT) and a Thyristor Surge Suppressor (TSS) are mainly used.
이 중 가스 방전관(GDT)은 불활성 가스로 채워진 관 내부에 두 전극이 서로 마주보고 있는 형태를 가지며, 다른 소자들(가령, 실리콘 애벌런치 다이오드, 금속 산화물 배리스터 등)에 비해 자체 정전 용량이 낮은 특성이 있어 고주파 신호가 유입되는 통신 관련 회로의 과도 전압 보호용으로 주로 활용되고 있다. 또한, 상기 가스 방전관(GDT)은 양 단에 인가되는 과도 전압(transient voltage)이 미리 결정된 불꽃방전 전압(sparkover voltage)보다 크면 방전하여 과도 전압 보호를 수행하게 된다.Among them, the gas discharge tube (GDT) has a shape in which two electrodes face each other inside a tube filled with an inert gas, and has a low self-capacitance compared to other devices (eg, silicon avalanche diode, metal oxide varistor, etc.) For this reason, it is mainly used for protection of transient voltages in communication-related circuits into which high-frequency signals are introduced. In addition, when a transient voltage applied to both ends of the gas discharge tube (GDT) is greater than a predetermined sparkover voltage, the gas discharge tube (GDT) is discharged to perform transient voltage protection.
도 1은 종래 기술에 따른 과도 전압/전류 보호 장치를 나타내는 도면이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 종래의 과도 전압/전류 보호 장치(10)는 정상 전압 신호(또는 정격 전압 신호, Vc)가 인가되는 전압선(11)과 차폐선(12, Sh) 사이에 연결된 가스 방전관(13)을 포함한다. 낙뢰 또는 전자기펄스(EMP)로 인한 과도 전압 신호(Vs)가 전압선(11)으로 인가되어 가스 방전관(13)의 양단 전압이 가스 방전관(13)의 불꽃방전 전압보다 크게 되는 경우, 상기 가스 방전관(13)은 방전되어 정상 전압 신호(Vc)에 의한 정상 전류(Ic)와 과도 전압 신호(Vs)에 의한 과도 전류(Is)를 접지(15, ground) 방향으로 흐르게 한다.1 is a view showing a transient voltage / current protection device according to the prior art. As shown in FIG. 1 , the conventional transient voltage/current protection device 10 is connected between a voltage line 11 to which a normal voltage signal (or a rated voltage signal, V c ) is applied and the
한편, 차폐선(12, Sh)에 공통 모드(또는 동상 모드, common mode)로 인가될 수 있는 과도전압 신호(Vsg)에 의한 과도전류(Isg)가 접지(15, Gnd)에 대부분 흐르지만, 일부 전류는 부하(14) 측의 차폐층(미도시)에 흐르게 된다. 따라서, EMP 필터 규격에서는 부하 측에 흐르는 차동 모드(또는 정상 모드, differential mode)의 과도 전류뿐만 아니라 차폐층에 흐르는 공통 모드의 과도 전류도 소정의 값으로 억제하도록 요구하고 있다.On the other hand, most of the transient current Isg by the transient voltage signal Vsg that can be applied to the
그런데, 종래의 과도 전압/전류 보호 장치는 낙뢰로 인한 과도 전압/전류에 대해서는 효과적으로 차단할 수 있지만, 전자기펄스(Electromagnetic Pulse, EMP)로 인한 매우 빠른 과도 전압/전류에 대해서는 상술한 두 모드의 과도 전류를 완벽하게 억제할 수 없는 문제가 있다.However, the conventional transient voltage/current protection device can effectively block the transient voltage/current caused by lightning, but with respect to the very fast transient voltage/current caused by an electromagnetic pulse (EMP), the two modes of transient current There is a problem that cannot be completely suppressed.
본 발명은 전술한 문제 및 다른 문제를 해결하는 것을 목적으로 한다. 또 다른 목적은 전자기펄스(EMP)로 인한 매우 빠른 과도 전압/전류를 효과적으로 차단할 수 있는 EMP 방호 장치를 제공함에 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention aims to solve the above and other problems. Another object of the present invention is to provide an EMP protection device capable of effectively blocking a very fast transient voltage/current caused by an electromagnetic pulse (EMP).
또 다른 목적은 가스 방전관(GDT), D/C 유닛부 및 권선형 동축변압기(winding coaxial transformer)를 포함하는 EMP 방호 장치를 제공함에 있다.Another object of the present invention is to provide an EMP protection device including a gas discharge tube (GDT), a D/C unit, and a winding coaxial transformer.
또 다른 목적은 펄스전류주입시험(PCI; Pulse Current Injection)에 대응할 수 있는 EMP 방호장치를 제공함에 있다.Another object is to provide an EMP protection device capable of responding to a pulse current injection (PCI) test.
상기 또는 다른 목적을 달성하기 위해 본 발명의 일 측면에 따르면, 전압선과 차폐선 사이에 연결되어, 전자기펄스(EMP)로 인한 과도 전압 신호를 일차적으로 차단하는 가스 방전관(GDT); 상기 가스 방전관의 후단에 배치되며, 상기 전압선과 상기 차폐선 간에 직렬로 연결된 복수의 순방향 다이오드들과 제1 커패시터를 구비하는 제1 DC 유닛과, 상기 전압선과 상기 차폐선 간에 직렬로 연결된 복수의 역방향 다이오드들과 제2 커패시터를 구비하는 제2 DC 유닛을 포함하는 D/C 유닛부; 및 상기 D/C 유닛부의 후단에 배치되어, 상기 D/C 유닛부를 통과하는 과도 전압 신호를 억제하는 권선형 동축변압기를 포함하는 EMP 방호 장치를 제공한다. According to an aspect of the present invention in order to achieve the above or other objects, it is connected between the voltage line and the shielding line, the gas discharge tube (GDT) for primarily blocking the transient voltage signal due to the electromagnetic pulse (EMP); a first DC unit disposed at a rear end of the gas discharge tube and having a first capacitor and a plurality of forward diodes connected in series between the voltage line and the shielding line; and a plurality of reverse directions connected in series between the voltage line and the shielding line. a D/C unit including a second DC unit including diodes and a second capacitor; And it is disposed at the rear end of the D/C unit, it provides an EMP protection device comprising a winding-type coaxial transformer for suppressing the transient voltage signal passing through the D/C unit.
좀 더 바람직하게는, 상기 DC 유닛부는 전압선과 차폐선 간에 직렬 연결된 양방향 다이오드들의 개수에 대응하는 항복 전압을 갖는 것을 특징으로 한다. 또한, 상기 DC 유닛부의 양단 전압이 자신의 항복 전압보다 더 큰 경우, 상기 DC 유닛부는 전압선과 차폐선 사이를 도통하여 가스 방전관을 통과하는 과도 전압 신호에 의한 과도 전류가 접지(ground) 방향으로 흐르도록 제어하는 것을 특징으로 한다.More preferably, the DC unit is characterized in that it has a breakdown voltage corresponding to the number of bidirectional diodes connected in series between the voltage line and the shielding line. In addition, when the voltage at both ends of the DC unit is greater than its breakdown voltage, the DC unit conducts between the voltage line and the shielding line, and the transient current due to the transient voltage signal passing through the gas discharge tube flows in the ground direction. It is characterized in that it is controlled to
좀 더 바람직하게는, 상기 권선형 동축변압기는 마그네틱 코어와 상기 마그네틱 코어를 감싸는 동축 케이블로 구성되며, 상기 동축 케이블의 중심도체는 상기 전압선에 연결되고, 상기 동축 케이블의 외부도체는 상기 차폐선에 연결되는 것을 특징으로 한다. 또한, 상기 권선형 동축변압기는 차동모드 신호에 해당하는 정상 전압 신호를 그대로 통과시키고, 동상모드 신호에 해당하는 과도 전압 신호를 차단하는 것을 특징으로 한다. More preferably, the wire-wound coaxial transformer is composed of a magnetic core and a coaxial cable surrounding the magnetic core, a central conductor of the coaxial cable is connected to the voltage line, and an outer conductor of the coaxial cable is connected to the shielding line. characterized by being connected. In addition, the winding type coaxial transformer is characterized in that it passes the normal voltage signal corresponding to the differential mode signal as it is, and blocks the transient voltage signal corresponding to the common mode signal.
본 발명의 실시 예들에 따른 EMP 방호 장치의 효과에 대해 설명하면 다음과 같다.The effect of the EMP protection device according to the embodiments of the present invention will be described as follows.
본 발명의 실시 예들 중 적어도 하나에 의하면, 가스 방전관(GDT), D/C 유닛부 및 권선형 동축변압기를 포함하는 EMP 방호 장치를 이용하여 전자기펄스(EMP)로 인한 매우 빠른 차동 모드 및 공통 모드의 과도 전압/전류를 효과적으로 차단할 수 있다는 장점이 있다.According to at least one of the embodiments of the present invention, a very fast differential mode and a common mode due to an electromagnetic pulse (EMP) using an EMP protection device including a gas discharge tube (GDT), a D/C unit unit and a winding type coaxial transformer It has the advantage of being able to effectively block the transient voltage/current of
다만, 본 발명의 실시 예들에 따른 EMP 방호 장치가 달성할 수 있는 효과는 이상에서 언급한 것들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.However, the effects that can be achieved by the EMP protection device according to the embodiments of the present invention are not limited to those mentioned above, and other effects not mentioned are common knowledge in the technical field to which the present invention belongs from the description below. It can be clearly understood by those who have
도 1은 종래 기술에 따른 과도 전압/전류 보호 장치를 나타내는 도면;
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 EMP 방호 장치의 구성을 나타내는 도면;
도 3은 도 2의 EMP 방호 장치에 적용 가능한 필터들의 종류를 나타내는 도면;
도 4는 도 2의 EMP 방호 장치에 설치된 D/C 유닛부의 일 구성을 예시하는 도면;
도 5는 도 2의 EMP 방호 장치에 설치된 권선형 동축변압기의 구성 및 심볼을 설명하는 도면;
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 EMP 방호 장치의 동작을 설명하기 위해 참조되는 도면;
도 7은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 EMP 방호 장치의 구성을 나타내는 도면;
도 8은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 EMP 방호 장치의 구성을 나타내는 도면;
도 9는 도 8의 EMP 방호 장치에 사용되는 바아파일러 변압기를 예시하는 도면;
도 10은 RF 안테나용 EMP 방호 장치의 성능을 검증하는 방법을 나타내는 도면;
도 11은 전자기펄스(EMP)로 인한 과도 전류의 파형과 EMP 방호 장치의 출력 전류 파형을 예시하는 도면.1 is a view showing a transient voltage/current protection device according to the prior art;
Figure 2 is a view showing the configuration of the EMP protection device according to an embodiment of the present invention;
Figure 3 is a view showing the types of filters applicable to the EMP protection device of Figure 2;
Figure 4 is a diagram illustrating a configuration of the D/C unit installed in the EMP protection device of Figure 2;
Figure 5 is a view for explaining the configuration and symbols of the winding-type coaxial transformer installed in the EMP protection device of Figure 2;
6 is a diagram referenced to explain the operation of the EMP protection device according to an embodiment of the present invention;
7 is a view showing the configuration of an EMP protection device according to another embodiment of the present invention;
8 is a view showing the configuration of an EMP protection device according to another embodiment of the present invention;
Fig. 9 is a diagram illustrating a bar-piler transformer used in the EMP protection device of Fig. 8;
10 is a diagram illustrating a method of verifying the performance of an EMP protection device for an RF antenna;
11 is a diagram illustrating a waveform of a transient current due to an electromagnetic pulse (EMP) and an output current waveform of the EMP protection device.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 또한, 본 명세서에 개시된 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.Hereinafter, the embodiments disclosed in the present specification will be described in detail with reference to the accompanying drawings, but the same or similar components are assigned the same reference numerals regardless of reference numerals, and overlapping descriptions thereof will be omitted. In addition, in describing the embodiments disclosed in the present specification, if it is determined that detailed descriptions of related known technologies may obscure the gist of the embodiments disclosed in the present specification, the detailed description thereof will be omitted. In addition, the accompanying drawings are only for easy understanding of the embodiments disclosed in the present specification, and the technical spirit disclosed herein is not limited by the accompanying drawings, and all changes included in the spirit and scope of the present invention , should be understood to include equivalents or substitutes.
본 발명은 전자기펄스(EMP)로 인한 매우 빠른 과도 전압/전류를 효과적으로 차단할 수 있는 EMP 방호 장치를 제안한다. 또한, 본 발명은 가스 방전관(GDT), D/C 유닛부 및 권선형 동축변압기를 포함하는 EMP 방호 장치를 제안한다. 또한, 본 발명은 가스 방전관(GDT), D/C 유닛부, 권선형 동축변압기 및 하나 이상의 필터를 포함하는 EMP 방호 장치를 제안한다.The present invention proposes an EMP protection device capable of effectively blocking a very fast transient voltage/current caused by an electromagnetic pulse (EMP). In addition, the present invention proposes an EMP protection device including a gas discharge tube (GDT), a D/C unit and a winding type coaxial transformer. In addition, the present invention proposes an EMP protection device including a gas discharge tube (GDT), a D/C unit unit, a winding type coaxial transformer, and one or more filters.
이하에서는, 본 발명의 다양한 실시 예들에 대하여 도면을 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, various embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 EMP 방호 장치의 구성을 나타내는 도면이다.2 is a diagram showing the configuration of an EMP protection device according to an embodiment of the present invention.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 EMP 방호 장치(100)는 전압선(110), 차폐선(120), 가스 방전관(Gas Discharge Tube, 130), 필터부(140), D/C 유닛부(150), 권선형 동축변압기(160) 및 접지(170)를 포함한다.Referring to FIG. 2 , the
EMP 방호 장치(100)의 외함은 금속제이며, 차폐선(120)과 공통으로 전기적으로 접속되어 있다.The enclosure of the
전압선(110)은 동축 케이블(미도시)의 중심도체(또는 심선)일 수 있으며, 신호의 귀환전류는 차폐선(층)으로 흐른다. 상기 차폐선(120)은 동축 케이블의 외부도체(또는 쉴드)일 수 있다.The
전압선(110)과 차폐선(120) 사이에는 정상 전압 신호(Vc)가 인가되며, 상기 전압선(110)과 차폐선(120)에는 상기 정상 전압 신호(Vc)를 제공하는 전압원(source, 미도시)과 상기 정상 전압 신호(Vc)를 제공받는 부하(load, 50) 등이 연결될 수 있다.A normal voltage signal V c is applied between the
가스 방전관(Gas Discharge Tube, GDT, 130)은 전압선(110)과 차폐선(120) 사이에 연결될 수 있다. 상기 가스 방전관(130)은 부하(50)와 병렬로 연결될 수 있다.A gas discharge tube (GDT) 130 may be connected between the
가스 방전관(130)은 불활성 가스를 세라믹 용기에 봉입하고 합금 전극을 사용한 방전관이다. 상기 가스 방전관(130)은 과도 전압으로부터 부하를 보호하기 위한 미리 결정된 불꽃방전 전압(sparkover voltage)을 갖는다.The
이러한 가스 방전관(130)의 불꽃방전 전압을 정상 전압 신호(Vc)의 전압 크기보다 크게 설정한 경우, 상기 가스 방전관(130)은 정상 전압 신호(Vc)에 대해 반응(동작)하지 않으므로 상기 정상 전압 신호(Vc)에 의한 정상 전류(Ic)는 가스 방전관(130)으로 흐르지 않고 부하(50) 방향으로만 흐르게 된다.When the spark discharge voltage of the
한편, 전자기펄스(EMP)로 인한 과도 전압 신호(Vs)가 전압선(110)으로 인가되어 가스 방전관(130)의 양단 전압이 해당 가스 방전관(130)의 불꽃방전 전압보다 크게 되는 경우, 상기 가스 방전관(130)은 방전(또는 개통)되어 정상 전압 신호(Vc)에 의한 정상 전류(Ic)와 과도 전압 신호(Vs)에 의한 과도 전류(Is)를 접지(170, ground) 방향으로 흐르게 한다. 이에 따라, 가스 방전관(130)은, 전자기펄스(EMP)로 인한 과도 전압 신호(Vs) 인가 시, 상기 과도 전압 신호(Vs)에 의한 과도 전류(Is)가 부하(50) 방향으로 흐르는 것을 일차적으로 억제할 수 있다.On the other hand, when the transient voltage signal V s due to the electromagnetic pulse EMP is applied to the
필터부(140)는 가스 방전관(130)과 부하(50) 사이에 배치되어, 전자기펄스(EMP)로 인한 과도 전압 신호(Vs)의 특정 주파수 성분을 차단하거나 억제하는 역할을 수행한다.The
일 실시 예로, 필터부(140)는 가스 방전관(130)과 D/C 유닛부(150) 사이에 배치되며, 고주파 필터(High Pass Filter, 141) 및 DC 필터(143) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.In an embodiment, the
고주파 필터(141)는 전자기펄스(EMP)로 인한 과도 전압/전류의 저주파 성분을 차단(또는 필터링)하는 역할을 수행한다. 즉, 고주파 필터(141)는 가스 방전관(130)을 통과하는 과도 전압/전류의 저주파 성분을 차단할 수 있다. 이러한 고주파 필터(141)는 전압선(110)과 차폐선(120) 사이에 병렬로 연결되는 커패시터 소자(C)로 구성될 수 있으며 반드시 이에 제한되지는 않는다. The
DC 필터(143)는 전자기펄스(EMP)로 인한 과도 전압/전류의 DC 성분을 차단(또는 필터링)하는 역할을 수행한다. 즉, DC 필터(143)는 가스 방전관(130)을 통과하는 과도 전압/전류의 DC 성분을 차단할 수 있다. 이러한 DC 필터(143)는 전압선(110) 상에 직렬로 연결되는 커패시터 소자(C)로 구성될 수 있으며 반드시 이에 제한되지는 않는다.The
한편, 다른 실시 예로, 도 3에 도시된 바와 같이, 필터부(140)는 저주파 필터(Low Pass Filter, 145, 147) 및 대역 통과 필터(Band Pass Filter, 149) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.Meanwhile, as another embodiment, as shown in FIG. 3 , the
저주파 필터(145, 147)는 전자기펄스(EMP)로 인한 과도 전압/전류의 고주파 성분을 차단(또는 필터링)하는 역할을 수행한다. 즉, 저주파 필터(145, 147)는 가스 방전관(130)을 통과하는 과도 전압/전류의 고주파 성분을 차단할 수 있다. 이러한 저주파 필터(145, 147)는 전압선(110)과 차폐선(120) 사이에 병렬로 연결되는 커패시터 소자(C)와 전압선(110) 상에 직렬로 연결되는 인덕터 소자(L)로 구성되거나 혹은 전압선(110) 상에 직렬로 연결되는 인덕터 소자(L)로 구성될 수 있으며 반드시 이에 제한되지는 않는다.The low-
대역 통과 필터(149)는 전자기펄스(EMP)로 인한 과도 전압/전류의 저주파 및 고주파 성분을 차단(또는 필터링)하는 역할을 수행한다. 즉, 대역 통과 필터(149)는 가스 방전관(130)을 통과하는 과도 전압/전류의 저주파 및 고주파 성분을 동시에 차단할 수 있다. 이러한 대역 통과 필터(149)는 전압선(110) 상에 연결된 병렬 구조의 커패시터 소자(C) 및 인덕터 소자(L)로 구성될 수 있으며 반드시 이에 제한되지는 않는다.The band-
한편, 본 실시 예에서는, 하나의 필터부가 EMP 방호 장치(100)에 설치되는 것을 예시하고 있으나 반드시 이에 제한되지는 않으며 복수의 필터부가 EMP 방호 장치에 설치될 수 있음은 당업자에게 자명할 것이다. 또한, 필터부가 가스 방전관(130)과 D/C 유닛부(150) 사이에 배치되는 것을 예시하고 있으나 반드시 이에 제한되지는 않으며, D/C 유닛부(150)와 권선형 동축변압기(160) 사이 혹은 권선형 동축변압기(160)와 부하(50) 사이에 배치될 수 있음은 당업자에게 자명할 것이다.Meanwhile, in the present embodiment, although one filter unit is illustrated to be installed in the
D/C 유닛부(150)는 가스 방전관(130)과 부하(50) 사이, 좀 더 바람직하게는 필터부(140)와 권선형 동축변압기(160) 사이에 배치될 수 있다. 이때, 상기 D/C 유닛부(150)는 전압선(110)과 차폐선(120) 사이에서 부하(50)와 병렬로 연결될 수 있다.The D/
D/C 유닛부(150)는 복수의 다이오드들(151a, 153a)과 두 개의 커패시터(151b, 153b)를 포함한다. 여기서, 상기 복수의 다이오드들(151a, 153a)은 수 나노초의 빠른 응답 속도와 수 pF의 작은 정전 용량을 갖는다. 상기 커패시터들(151a, 153a)은 수 uF의 정전 용량을 갖는다.The D/
D/C 유닛부(150)는 전압선(110)과 차폐선(120) 사이에 연결된 제1 D/C 유닛(151)과 제2 D/C 유닛(153)을 포함할 수 있다. 이때, 상기 제1 D/C 유닛(151)과 제2 D/C 유닛(153)은 전압선(110)과 차폐선(120) 사이에서 병렬로 연결될 수 있다.The D/
도 4에 도시된 바와 같이, 제1 D/C 유닛(151)은 복수의 순방향 다이오드들(151a)과 제1 커패시터(151b)를 포함할 수 있다. 여기서, 상기 복수의 순방향 다이오드들(151a)과 제1 커패시터(151b)는 전압선(110)과 차폐선(120) 사이에서 직렬로 연결될 수 있다. 상기 제1 커패시터(151b)는 마지막 순서의 순방향 다이오드(151a)와 차폐선(120) 사이에 배치되는 것을 예시하고 있으나 반드시 이에 제한되지는 않으며, 전압선(110)과 첫 번째 순서의 순방향 다이오드 사이(151a)에 배치될 수도 있다. 4 , the first D/
제2 D/C 유닛(153)은 복수의 역방향 다이오드들(153a)과 제2 커패시터(153b)를 포함할 수 있다. 마찬가지로, 상기 복수의 역방향 다이오드들(153a)과 제2 커패시터(153b)는 전압선(110)과 차폐선(120) 사이에서 직렬로 연결될 수 있다. 상기 제2 커패시터(153b)는 마지막 순서의 순방향 다이오드(153a)와 차폐선(120) 사이에 배치되는 것을 예시하고 있으나 반드시 이에 제한되지는 않으며, 전압선(110)과 첫 번째 순서의 순방향 다이오드 사이(153a)에 배치될 수도 있다.The second D/
외부로부터 전자기펄스(EMP)가 인가된 경우, 해당 펄스를 대지로 분류(흐르게)하기 위해서는 접지에 연결된 소자의 정전용량이 큰 것이 유리하다. 따라서, 수 pF의 정전 용량을 갖는 다이오드와 수 uF의 정전 용량을 갖는 커패시터가 직렬로 연결된 D/C 유닛의 경우, 순방향 전자기펄스에 대해서는 좌측에 위치하는 제1 커패시터(151b)가 작동하고, 역방향 전자기펄스에 대해서는 우측에 위치하는 제2 커패시터(153b)가 작동함으로써, 상기 전자기펄스를 효과적으로 접지 방향으로 분류하는 역할을 한다.When an electromagnetic pulse (EMP) is applied from the outside, it is advantageous that the device connected to the ground has a large capacitance in order to classify (flow) the pulse to the ground. Therefore, in the case of a D/C unit in which a diode having a capacitance of several pF and a capacitor having a capacitance of several uF are connected in series, the
이러한 연결 방식을 통해 D/C 유닛부(150)의 항복 전압을 정상 전압 신호(Vc)의 전압 크기보다 크게 설정한 경우, 상기 D/C 유닛부(150)는 정상 전압 신호(Vc)에 반응(동작)하지 않으므로 정상 전압 신호(Vc)에 의한 정상 전류(Ic)는 D/C 유닛부(150)로 흐르지 않고 부하(50) 방향으로만 흐르게 된다.When the breakdown voltage of the D/
한편, 전자기펄스(EMP)로 인한 양의 과도 전압 신호(Vs)가 전압선(110)으로 인가되면, D/C 유닛부(150)의 순방향 다이오드들(151a)이 도통되고, 제1 커패시터(151b)의 작은 임피던스로 인해 전압선(110)과 차폐선(120) 사이가 빠르게 도통(또는 개통)됨에 따라, 양의 과도 전압 신호(Vs)에 의한 과도 전류(Is)가 차폐선(120)을 통해 접지(170, ground) 방향으로 흐르게 된다.On the other hand, when a positive transient voltage signal V s due to the electromagnetic pulse EMP is applied to the
또한, 전자기펄스(EMP)로 인한 음의 과도 전압 신호(Vs)가 전압선(110)으로 인가되면, D/C 유닛부(150)의 역방향 다이오드들(153a)이 도통되고, 제2 커패시터(153b)의 작은 임피던스로 인해 전압선(110)과 차폐선(120) 사이가 빠르게 도통(또는 개통)됨에 따라, 상기 음의 과도 전압 신호(Vs)에 의한 과도 전류(Is)가 차폐선(120)을 통해 접지(170, ground) 방향으로 흐르게 된다.In addition, when a negative transient voltage signal (V s ) due to the electromagnetic pulse (EMP) is applied to the
한편, 고압송신안테나에 대해 D/C 유닛부를 적용하는 경우, 수 uF의 정전 용량을 갖는 커패시터에서 전압 분배를 통해 대부분의 고압을 담당한다. 그리고, 다이오드의 접합정전용량이 수 pF로 매우 작기 때문에, D/C 유닛부의 전체 정전용량은 다이오드의 접합정전용량에 의해 지배 받게 되므로, 고주파 신호의 통과에 유리하여 RF 고주파신호회로에도 적용 가능하다. 즉, 전압 인가 시, 대부분의 전압이 커패시터에 인가되며, 신호선과 접지 사이의 등가 커패시턴스는 수 pF이 된다. On the other hand, when the D/C unit is applied to the high-voltage transmission antenna, most of the high-voltage is handled through voltage distribution in a capacitor having a capacitance of several uF. And, since the junction capacitance of the diode is very small, several pF, the total capacitance of the D/C unit is governed by the junction capacitance of the diode, so it is advantageous for the passage of high-frequency signals and can be applied to RF high-frequency signal circuits. . That is, when voltage is applied, most of the voltage is applied to the capacitor, and the equivalent capacitance between the signal line and the ground becomes several pF.
권선형 동축변압기(또는 권선형 동축코일, 160)는 가스 방전관(130)과 부하(50) 사이, 좀 더 바람직하게는 D/C 유닛부(150)와 부하(50) 사이에 배치될 수 있다.The winding type coaxial transformer (or winding type coaxial coil, 160) may be disposed between the
권선형 동축변압기(160)는 하나의 마그네틱 코어(magnetic core)와 상기 마그네틱 코어를 감싸는 동축 케이블로 구성될 수 있다.The wire-wound
일 예로, 도 5에 도시된 바와 같이, 권선형 동축변압기(160)는 고리 모양의 마그네틱 코어(161)와, 상기 마그네틱 코어(161)를 미리 결정된 방향으로 감싸는 동축 케이블(163, 165)로 구성될 수 있다. 이때, 상기 동축 케이블의 중심도체(즉, 심선, 163)는 전압선(110)에 연결될 수 있고, 해당 동축 케이블의 외부도체(165)는 차폐선(120)에 연결될 수 있다.For example, as shown in FIG. 5 , the wire-wound
권선형 동축변압기(160)는, 일종의 동상모드쵸크(common mode choke)로서, 차동모드 신호에 대해서는 0의 임피던스를 가지게 되어 해당 신호를 감쇄 없이 통과시키고, 차폐층에 흐를 수 있는 동상모드 신호에 대해서는 매우 높은 임피던스를 가지게 되어 해당 신호를 억제하는 역할을 수행한다. Wire-wound
본 실시 예에서, 권선형 동축변압기(160)는 직렬누설인덕턴스를 매우 작게 함으로써, 전압선(110)으로 인가된 정상 전압 신호를 왜곡 없이 부하 단으로 통과시킬 수 있다. 또한, 권선형 동축변압기(160)는 동상모드 신호에 대해 매우 높은 임피던스를 가지므로 상기 동상모드 신호에 해당하는 전자기펄스(EMP)로 인한 과도 전압 신호를 억제할 수 있다. 즉, 권선형 동축변압기(160)는 차동모드 신호에 해당하는 정상 전압 신호를 원활하게 통과시키고, 동상모드 신호에 해당하는 과도 전압 신호를 효과적으로 차단할 수 있다.In this embodiment, the winding type
이상, 상술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시 예에 따른 EMP 방호 장치는 가스 방전관의 후단에 필터부, D/C 유닛부 및 권선형 동축변압기를 배치함으로써, 상기 가스 방전관을 통과하는 전자기펄스(EMP)로 인한 매우 빠른 과도 전압/전류를 효과적으로 차단할 수 있다.As described above, in the EMP protection device according to an embodiment of the present invention, the electromagnetic pulse passing through the gas discharge tube ( It can effectively block very fast transient voltage/current caused by EMP).
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 EMP 방호 장치의 동작을 설명하기 위해 참조되는 도면이다.6 is a diagram referenced to explain the operation of the EMP protection apparatus according to an embodiment of the present invention.
도 6에 도시된 바와 같이, 정상 전압 신호(Vc)가 전압선(110)으로 인가되는 경우, 상기 정상 전압 신호(Vc)의 전압 크기가 가스 방전관(130)의 불꽃방전 전압보다 작기 때문에, 상기 가스 방전관(130)은 동작하지 않는다. 그리고, 필터부(140)는 동작 주파수 대역에 대응하는 정상 전압 신호(Vc)를 그대로 통과시킨다. 이후, D/C 유닛부(150)의 양단에 걸리는 임피던스가 크기 때문에, 상기 D/C 유닛부(150)는 동작하지 않는다. 마지막으로, 권선형 동축변압기(160)는 차동모드 신호에 해당하는 정상 전압 신호(Vc)를 그대로 통과시킨다. 따라서, 가스 방전관(130) 및 D/C 유닛부(150)가 모두 고 임피던스 상태이므로, 정상 전압 신호(Vc)에 의한 정상 전류(IC)는 부하(50) 방향으로만 흐르게 된다.As shown in FIG. 6 , when the normal voltage signal V c is applied to the
이러한 상태에서 전자기펄스(EMP)로 인한 매우 빠른 과도 전압 신호(Vs)가 전압선(110)으로 인가되는 경우, 가스 방전관(130)의 양단 전압이 가스 방전관(130)의 불꽃방전 전압보다 크기 때문에, 상기 가스 방전관(130)은 방전(또는 개통)되어 정상 전압 신호(Vc)에 의한 정상 전류(Ic)를 접지(ground) 방향으로 흐르게 한다. 또한, 가스 방전관(130)은 과도 전압 신호(Vs)에 의한 과도 전류(Is) 중 일부 과도 전류(Is1)를 접지(ground) 방향으로 흐르게 한다.In this state, when a very fast transient voltage signal (V s ) due to the electromagnetic pulse (EMP) is applied to the
가스 방전관(130)은, 과도 전압 신호에 대한 응답 속도가 빠르지 않기 때문에, 전자기펄스(EMP)로 인한 매우 빠른 과도 전압/전류를 완벽하게 차단할 수 없다. 따라서, 가스 방전관(130)에서 미처 차단하지 못한 과도 전압/전류는 가스 방전관(130)의 후단에 설치된 고주파 필터(141), DC 필터(143), D/C 유닛부(150) 및 권선형 동축변압기(160)를 통해 순차적으로 제거될 수 있다.Since the
고주파 필터(141)는 가스 방전관(130)을 통과한 과도 전압 신호(Vs)의 저주파 성분을 차단할 수 있고, DC 필터(143)는 가스 방전관(130)을 통과한 과도 전압 신호(Vs)의 DC 성분을 차단할 수 있다. 또한, D/C 유닛부(150)의 양단 전압이 D/C 유닛부(150)의 항복 전압보다 크기 때문에, 상기 D/C 유닛부(150)는 전압선(110)과 차폐선(120) 사이를 매우 빠른 속도로 도통(또는 개통)하여 DC 필터(143)를 통과하는 과도 전류(Is4) 중 일부 과도 전류(Is5)를 접지 방향으로 흐르게 한다.A
권선형 동축변압기(160)는 D/C 유닛부(150)를 통과하는 일부 과도 전류(Is6)를 차단할 수 있다. 이후, 전압선(110)으로 인가된 과도 전압 신호(Vs)가 접지를 통해 모두 사라지면, EMP 방호 장치(100)의 가스 방전관(130) 및 D/C 유닛부(150)는 원래 상태로 복귀하게 된다.The wire-wound
도 7은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 EMP 방호 장치의 구성을 나타내는 도면이다.7 is a diagram showing the configuration of an EMP protection device according to another embodiment of the present invention.
도 7을 참조하면, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 EMP 방호 장치(200)는 전압선(210), 차폐선(220), 가스 방전관(230), 필터부(240), 복수의 D/C 유닛부(250, 260), 권선형 동축변압기(270) 및 접지(미도시, ground)를 포함한다.Referring to FIG. 7 , the
EMP 방호 장치(200)의 전압선(210), 차폐선(220), 가스 방전관(230), 필터부(240) 및 권선형 동축변압기(270)는 상술한 도 2의 전압선(110), 차폐선(120), 가스 방전관(130), 필터부(140) 및 권선형 동축변압기(160)와 동일하므로 이에 대한 자세한 설명은 생략하도록 한다.The
본 실시 예에 따른 EMP 방호 장치(200)는, 도 2의 EMP 방호 장치(100)와 달리, 필터부(240)와 권선형 동축변압기(260) 사이에 병렬로 연결된 복수의 D/C 유닛부(250, 260)를 구비할 수 있다. 이는 전자기펄스(EMP)로 인한 과도 전류의 흡수 용량을 증가시키기 위함이다.The
각각의 D/C 유닛부(250, 260)는 서로 동일한 개수의 순방향 다이오드들과 역방향 다이오드들을 구비할 수 있다. 이에 따라, 제1 D/C 유닛부(250)의 항복 전압과 제2 D/C 유닛부(260)의 항복 전압을 서로 동일하게 구성할 수 있다. Each of the D/
한편, 다른 실시 예로, 각각의 D/C 유닛부 사이에 하나 이상의 필터를 배치할 수 있다. 이 경우, 각각의 D/C 유닛부는 서로 다른 개수의 순방향 다이오드들과 역방향 다이오드들을 구비할 수 있다.Meanwhile, in another embodiment, one or more filters may be disposed between each D/C unit. In this case, each D/C unit may include different numbers of forward diodes and reverse diodes.
이상, 상술한 바와 같이, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 EMP 방호 장치는 가스 방전관의 후단에 필터부, 복수의 D/C 유닛부 및 권선형 동축변압기를 배치함으로써, 상기 가스 방전관을 통과하는 매우 빠른 과도 전압/전류를 효과적으로 차단할 수 있다.As described above, in the EMP protection device according to another embodiment of the present invention, by disposing a filter unit, a plurality of D/C unit units, and a winding type coaxial transformer at the rear end of the gas discharge tube, very It can effectively block fast transient voltage/current.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 EMP 방호 장치의 구성을 나타내는 도면이다.8 is a diagram showing the configuration of an EMP protection device according to another embodiment of the present invention.
도 8을 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 EMP 방호 장치(300)는 RF 안테나용 EMP 방호 장치로서, 바디 케이스(301), 입력 커넥터(302), 제1 통신선(303), 제2 통신선(304), 가스 방전관(305), 제1 및 제2 고주파 필터(306, 315), 제1 및 제2 DC 필터(307, 311), 제1 및 제2 저주파 필터(310, 318), 대역 통과 필터(314), 제1 내지 제6 D/C 유닛부(308, 309, 312, 313, 316, 317), 권선형 동축변압기(319), 절연 부재(320) 및 출력 커넥터(321)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 8 , an
EMP 방호 장치(300)의 가스 방전관(305), 제1 고주파 필터(306), 제1 DC 필터(307), D/C 유닛부(308, 309, 312, 313, 316, 317) 및 권선형 동축변압기(319)는 상술한 도 2의 가스 방전관(130), 고주파 필터(141), DC 필터(143), D/C 유닛부(150) 및 권선형 동축변압기(160)와 동일 또는 유사하므로 이에 대한 자세한 설명은 생략하도록 한다.The
바디 케이스(301)는 EMP 방호 장치(300)의 구성 요소들을 보호하는 역할을 수행한다. 상기 바디 케이스(301)는 각종 전자부품들을 수용하는 내부 공간을 갖도록 형성된다. The
입력 커넥터(301)는 바디 케이스(301)의 일 측면에 배치되며, 제1 동축 케이블(801)과 연결된다. 출력 커넥터(321)는 바디 케이스(301)의 타 측면에 배치되며, 제2 동축 케이블(803)과 연결된다.The
바디 케이스(301)와 출력 커넥터(321) 사이에는 절연 부재(320)가 배치될 수 있다. 상기 절연 부재(320)는 바디 케이스(301)와 출력 커넥터(321) 사이를 절연하는 역할을 수행한다. 이는 EMP 방호장치의 성능을 검증하기 위해 필요한 국제 시험 규격 중 하나인 PCI(Pulsed Current Injection) 테스트를 통과하기 위함이다.An insulating
제1 통신선(303)은 입/출력 커넥터(302, 321)를 통해 제1 및 제2 동축 케이블(801, 803)의 중심도체(또는 심선, 미도시)와 전기적으로 연결될 수 있다. 제2 통신선(304)은 입/출력 커넥터(302, 321)를 통해 제1 및 제2 동축 케이블(801, 803)의 외부도체(또는 쉴드, 미도시)와 전기적으로 연결될 수 있다. The
가스 방전관(305)은 입력 커넥터(302)와 제1 고주파 필터(306) 사이에 배치되며, 제1 통신선(303)과 접지(ground) 사이에 병렬로 연결될 수 있다. 과도 전압 신호(Vs)가 제1 통신선(303)으로 인가되는 경우, 가스 방전관(305)은 제1 통신선(303)과 접지 사이를 도통하여 상기 과도 전압 신호(Vs)에 의한 과도 전류(Is) 중 일부를 접지 방향으로 흐르도록 한다.The
제1 고주파 필터(306)는 가스 방전관(305)과 제1 DC 필터(307) 사이에 배치되며, 제1 통신선(303)과 접지(ground) 사이에 병렬로 연결될 수 있다. 제1 고주파 필터(306)는 전자기펄스(EMP)로 인한 과도 전압 신호(Vs)의 저주파 성분을 차단할 수 있다. The first
제1 DC 필터(307)는 제1 고주파 필터(306)와 제1 및 제2 D/C 유닛부(308, 309) 사이에 배치되며, 제1 통신선(303) 상에 직렬로 연결될 수 있다. 제1 DC 필터(307)는 전자기펄스(EMP)로 인한 과도 전압 신호(Vs)의 DC 성분을 차단할 수 있다.The
제1 및 제2 D/C 유닛부(308, 309)는 제1 DC 필터(307)와 제1 저주파 필터(310) 사이에 배치되며, 제1 통신선(303)과 접지(ground) 사이에 병렬로 연결될 수 있다. 이때, 상기 제1 및 제2 D/C 유닛부(308, 309)는 서로 동일한 개수의 순방향 다이오드들 및 역방향 다이오드들을 구비할 수 있다. 과도 전압 신호(Vs)가 제1 통신선(303)으로 인가되는 경우, 제1 및 제2 D/C 유닛부(308, 309)는 제1 통신선(303)과 접지 사이를 도통하여 상기 과도 전압 신호(Vs)에 의한 과도 전류(Is) 중 일부를 접지 방향으로 흐르도록 한다.The first and second D/
제1 저주파 필터(310)는 제1 및 제2 D/C 유닛부(308, 309)와 제2 DC 필터(311) 사이에 배치될 수 있다. 제1 저주파 필터(310)는 전자기펄스(EMP)로 인한 과도 전압 신호(Vs)의 고주파 성분을 차단할 수 있다.The first low-
제2 DC 필터(311)는 제1 저주파 필터(310)와 제3 및 제4 D/C 유닛부(312, 313) 사이에 배치되며, 제1 통신선(303) 상에 직렬로 연결될 수 있다. 제2 DC 필터(311)는 전자기펄스(EMP)로 인한 과도 전압 신호(Vs)의 DC 성분을 차단할 수 있다.The second DC filter 311 is disposed between the first
제3 및 제4 D/C 유닛부(312, 313)는 제2 DC 필터(311)와 대역 통과 필터(314) 사이에 배치되며, 제1 통신선(303)과 접지(ground) 사이에 병렬로 연결될 수 있다. 이때, 상기 제3 및 제4 D/C 유닛부(312, 313)는 서로 동일한 개수의 순방향 다이오드들 및 역방향 다이오드들을 구비할 수 있다. 한편, 상기 제3 및 제4 D/C 유닛부(312, 313)는 제1 및 제2 D/C 유닛부(308, 309)와 다른 개수의 순방향 다이오드들 및 역방향 다이오드들을 구비할 수 있다. 과도 전압 신호(Vs)가 제1 통신선(303)으로 인가되는 경우, 제3 및 제4 D/C 유닛부(312, 313)는 제1 통신선(303)과 접지 사이를 도통하여 상기 과도 전압 신호(Vs)에 의한 과도 전류(Is) 중 일부를 접지 방향으로 흐르도록 한다.The third and fourth D/
대역 통과 필터(314)는 제3 및 제4 D/C 유닛부(312, 313)와 제2 고주파 필터(315) 사이에 배치되며, 제1 통신선(303) 상에 직렬로 연결될 수 있다. 대역 통과 필터(314)는 전자기펄스(EMP)로 인한 과도 전압 신호(Vs)의 저주파 성분 및 고주파 성분을 동시에 차단할 수 있다.The
제2 고주파 필터(315)는 대역 통과 필터(314)와 제5 및 제6 D/C 유닛부(316, 317) 사이에 배치되며, 제1 통신선(303)과 접지(ground) 사이에 병렬로 연결될 수 있다. 제2 고주파 필터(315)는 전자기펄스(EMP)로 인한 과도 전압 신호(Vs)의 저주파 성분을 차단할 수 있다.The second
제5 및 제6 D/C 유닛부(316, 317)는 제2 고주파 필터(315)와 제2 저주파 필터(318) 사이에 배치되며, 제1 통신선(303)과 접지(ground) 사이에 병렬로 연결될 수 있다. 이때, 상기 제5 및 제6 D/C 유닛부(316, 317)는 서로 동일한 개수의 순방향 다이오드들 및 역방향 다이오드들을 구비할 수 있다. 한편, 상기 제5 및 제6 D/C 유닛부(316, 317)는 제1 내지 제4 D/C 유닛부(308, 309, 312, 313)와 다른 개수의 순방향 다이오드들 및 역방향 다이오드들을 구비할 수 있다. 과도 전압 신호(Vs)가 제1 통신선(303)으로 인가되는 경우, 제5 및 제6 D/C 유닛부(316, 317)는 제1 통신선(303)과 접지 사이를 도통하여 상기 과도 전압 신호(Vs)에 의한 과도 전류(Is) 중 일부를 접지 방향으로 흐르도록 한다.The fifth and sixth D/
제2 저주파 필터(318)는 제5 및 제6 D/C 유닛부(316, 317)와 권선형 동축변압기(319) 사이에 배치되며, 제1 통신선(303) 상에 직렬로 연결될 수 있다. 제2 저주파 필터(318)는 전자기펄스(EMP)로 인한 과도 전압 신호(Vs)의 고주파 성분을 차단할 수 있다.The second low-
권선형 동축변압기(319)는 제2 저주파 필터(318)와 출력 커넥터(321) 사이에 배치되며, 마그네틱 코어와 상기 마그네틱 코어를 감싸는 두 개의 코일로 구성될 수 있다. 이때, 권선형 동축변압기(319)의 제1 코일은 제1 통신선(303) 상에 직렬로 연결될 수 있고, 해당 변압기(319)의 제2 코일은 제2 통신선(304) 상에 직렬로 연결될 수 있다. 상기 권선형 동축변압기(319)는 차동모드 신호에 해당하는 정상 전압 신호를 원활하게 통과시키고, 동상모드 신호에 해당하는 과도 전압 신호를 효과적으로 차단할 수 있다.The wire-wound
한편, 다른 실시 예로, 도 9에 도시된 바와 같이, 상기 권선형 동축변압기(319)는 마그네틱 코어(910)와 상기 마그네틱 코어(910)를 감싸는 동축 케이블(920)로 구성될 수 있다. 이때, 상기 동축 케이블(920)의 일 단은 PCB 기판에 실장된 제2 저주파 필터(318)와 연결될 수 있고, 타 단은 출력 커넥터(321)와 연결될 수 있다. 또한, 상기 동축 케이블(920)은 중심도체, 절연체, 외부도체 및 외피로 구성될 수 있다.Meanwhile, as another embodiment, as shown in FIG. 9 , the wire-wound
이상, 상술한 바와 같이, 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 EMP 방호 장치는 가스 방전관의 후단에 복수의 필터, 복수의 D/C 유닛부 및 권선형 동축변압기를 배치함으로써, 상기 가스 방전관을 통과하는 매우 빠른 과도 전압/전류를 효과적으로 차단할 수 있다. 또한, 상기 EMP 방호 장치는 부하로 전원을 공급하는 전기/전자 장비뿐만 아니라 동축 케이블이 사용되는 RF 통신 장비에도 적용 가능하다.As described above, the EMP protection device according to another embodiment of the present invention passes through the gas discharge tube by disposing a plurality of filters, a plurality of D/C unit units, and a winding type coaxial transformer at the rear end of the gas discharge tube. It can effectively block very fast transient voltage/current. In addition, the EMP protection device is applicable not only to electrical/electronic equipment for supplying power to a load, but also to RF communication equipment using a coaxial cable.
도 10은 RF 안테나용 EMP 방호 장치(300)의 성능을 검증하는 방법을 나타내는 도면이다. 즉, 도 10의 (a)는 과도 전압 신호 인가 시, EMP 방호 장치에 장착된 출력 커넥터의 외부 접속부(outer contact)에 흐르는 전류를 측정하는 시험 방법이고, 도 10의 (b)는 과도 전압 신호 인가 시, EMP 방호 장치에 장착된 출력 커넥터의 중심 접속부(center contact)에 흐르는 전류를 측정하는 시험 방법이다.10 is a diagram illustrating a method of verifying the performance of the
도 10의 (a) 및 (b)에 도시된 시험 방법은 EMP 방호 장치(300)의 성능을 검증하기 위한 PCI 테스트로서, 출력 커넥터(321)의 중심 접속부와 외부 접속부에 흐르는 전류가 임계 전류(0.1A) 이하인 조건을 만족하여야 한다.The test method shown in (a) and (b) of FIG. 10 is a PCI test for verifying the performance of the
먼저, 도 10의 (a)에 도시된 바와 같이, 출력 커넥터(321)의 중심 접속부와 접지 사이에 임피던스 매칭을 위한 저항 소자(50Ω)를 연결하고, 출력 커넥터(321)의 외부 접속부와 접지 사이에 전류 측정기(CT)를 연결한 상태에서 EMP 방호 장치(300)의 성능을 시험할 수 있다. 본 발명에 따른 EMP 방호 장치(300)는 바디 케이스(301)와 출력 커넥터(321) 사이에 절연 부재(320)를 배치함으로써, 상기 출력 커넥터(321)의 외부 접속부에 흐르는 전류를 미리 결정된 임계 전류(0.1A) 이하로 제한하여 PCI 테스트를 통과할 수 있다. First, as shown in (a) of FIG. 10 , a resistance element (50Ω) for impedance matching is connected between the center connection part of the
다음으로, 도 10의 (b)에 도시된 바와 같이, 출력 커넥터(321)의 중심 접속부와 외부 접속부 사이에 임피던스 매칭을 위한 저항 소자(50Ω)와 전류 측정기(CT)를 직렬로 연결한 상태에서 EMP 방호 장치(300)의 성능을 시험할 수 있다. 본 발명에 따른 EMP 방호 장치는 바디 케이스(301)와 출력 커넥터(321) 사이에 절연 부재(320)를 배치함으로써, 상기 출력 커넥터(321)의 중심 접속부에 흐르는 전류를 미리 결정된 임계 전류(0.1A) 이하로 제한하여 PCI 테스트를 통과할 수 있다.Next, as shown in (b) of FIG. 10, in a state in which a resistance element (50Ω) and a current measuring device (CT) for impedance matching are connected in series between the central connection part and the external connection part of the
도 11은 전자기펄스(EMP)로 인한 과도 전류의 파형과 EMP 방호 장치의 출력 전류 파형을 예시하는 도면이다. 도 11에 도시된 바와 같이, 전자기펄스(EMI)로 인한 매우 빠른 과도 전류(τR=20nsec, FWHM=500~550nsec)가 EMP 방호 장치(100, 200, 300)의 입력 단으로 인가되는 경우, 상기 EMP 방호 장치(100, 200, 300)는 가스 방전관, 필터부, D/C 유닛부 및 권선형 동축변압기를 이용하여 상기 전자기펄스(EMI)로 인한 과도 전류를 효과적으로 차단할 수 있음을 확인할 수 있다.11 is a diagram illustrating the waveform of the transient current due to the electromagnetic pulse (EMP) and the output current waveform of the EMP protection device. 11, when a very fast transient current (τ R = 20 nsec, FWHM = 500 ~ 550 nsec) due to an electromagnetic pulse (EMI) is applied to the input terminal of the EMP protection device (100, 200, 300), It can be seen that the
한편 이상에서는 본 발명의 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되지 않으며, 후술 되는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.Meanwhile, although specific embodiments of the present invention have been described above, various modifications are possible without departing from the scope of the present invention. Therefore, the scope of the present invention is not limited to the described embodiments, and should be defined by the following claims as well as the claims and equivalents.
100: EMP 방호 장치 110: 전압선
120: 차폐선 130: 가스 방전관
140: 필터부 150: D/C 유닛부
160: 권선형 동축변압기100: EMP protection device 110: voltage line
120: shielding line 130: gas discharge tube
140: filter unit 150: D/C unit unit
160: winding type coaxial transformer
Claims (4)
상기 가스 방전관의 후단에 배치되며, 상기 전압선과 상기 차폐선 사이에서 직렬로 연결되는 피코 패럿(pF) 단위의 정전용량을 갖는 복수의 순방향 다이오드들과 마이크로 패럿(μF) 단위의 정전용량을 갖는 제1 커패시터를 구비하는 제1 DC 유닛과, 상기 전압선과 상기 차폐선 사이에서 직렬로 연결되는 피코 패럿(pF) 단위의 정전용량을 갖는 복수의 역방향 다이오드들과 마이크로 패럿(μF) 단위의 정전용량을 갖는 제2 커패시터를 구비하는 제2 DC 유닛을 포함하는 복수의 D/C 유닛부; 및
상기 복수의 D/C 유닛부의 후단에 배치되어, 상기 복수의 D/C 유닛부를 통과하는 과도 전압 신호를 억제하는 권선형 동축변압기를 포함하고,
각각의 D/C 유닛부는 상기 전압선과 상기 차폐선 사이에서 병렬로 연결되며,
상기 제2 DC 유닛에 구비된 역방향 다이오드들의 개수는 상기 제1 DC 유닛에 구비된 순방향 다이오드들의 개수에 대응하는 것을 특징으로 하는 EMP 방호 장치.a gas discharge tube (GDT) connected between the voltage line and the shielding line to primarily block the transient voltage signal due to the electromagnetic pulse (EMP);
a plurality of forward diodes disposed at the rear end of the gas discharge tube and connected in series between the voltage line and the shielding line, each having a capacitance in units of picofarads (pF), and a second diode having a capacitance in units of microfarads (μF) A first DC unit having one capacitor, a plurality of reverse diodes having a capacitance of picofarads (pF) connected in series between the voltage line and the shielding line, and a capacitance of microfarads (μF) a plurality of D/C unit units including a second DC unit having a second capacitor having a second capacitor; and
It is disposed at the rear end of the plurality of D / C unit, including a winding type coaxial transformer for suppressing the transient voltage signal passing through the plurality of D / C unit,
Each D/C unit is connected in parallel between the voltage line and the shielding line,
EMP protection device, characterized in that the number of reverse diodes provided in the second DC unit corresponds to the number of forward diodes provided in the first DC unit.
상기 DC 유닛부는, 상기 전압선과 상기 차폐선 간에 직렬 연결된 양방향 다이오드들의 개수에 대응하는 항복 전압을 가지며,
상기 DC 유닛부의 양단 전압이 상기 DC 유닛부의 항복 전압보다 더 큰 경우, 상기 DC 유닛부는 상기 전압선과 상기 차폐선 사이를 도통하여 상기 가스 방전관을 통과하는 과도 전압 신호에 의한 과도 전류가 접지(ground) 방향으로 흐르도록 제어하는 것을 특징으로 하는 EMP 방호 장치.According to claim 1,
The DC unit has a breakdown voltage corresponding to the number of bidirectional diodes connected in series between the voltage line and the shielding line,
When the voltage at both ends of the DC unit is greater than the breakdown voltage of the DC unit, the DC unit conducts between the voltage line and the shielding line so that the transient current caused by the transient voltage signal passing through the gas discharge tube is grounded. EMP protection device, characterized in that the control to flow in the direction.
상기 권선형 동축변압기는, 마그네틱 코어와 상기 마그네틱 코어를 감싸는 동축 케이블로 구성되며, 상기 동축 케이블의 중심도체는 상기 전압선에 연결되고, 상기 동축 케이블의 외부도체는 상기 차폐선에 연결되며,
상기 권선형 동축변압기는 차동모드 신호에 해당하는 정상 전압 신호를 그대로 통과시키고, 동상모드 신호에 해당하는 과도 전압 신호를 차단하는 것을 특징으로 하는 EMP 방호 장치.
According to claim 1,
The wire-wound coaxial transformer is composed of a magnetic core and a coaxial cable surrounding the magnetic core, a central conductor of the coaxial cable is connected to the voltage line, and an outer conductor of the coaxial cable is connected to the shielding line,
The winding-type coaxial transformer passes the normal voltage signal corresponding to the differential mode signal as it is, and blocks the transient voltage signal corresponding to the common mode signal.
상기 바디 케이스의 일 측면에 배치되며, 제1 동축 케이블과 연결되는 입력 커넥터;
상기 바디 케이스의 타 측면에 배치되며, 제2 동축 케이블과 연결되는 출력 커넥터;
상기 바디 케이스와 상기 출력 커넥터 사이에 배치되어, 상기 바디 케이스와 상기 출력 커넥터를 사이를 전기적으로 절연하는 절연 부재;
상기 제1 및 제2 동축 케이블의 중심도체와 전기적으로 연결되는 제1 통신선;
상기 제1 및 제2 동축 케이블의 외부도체와 전기적으로 연결되는 제2 통신선;
상기 제1 통신선과 접지(ground) 사이에 연결되어, 전자기펄스(EMP)로 인한 과도 전압 신호를 일차적으로 차단하는 가스 방전관(GDT);
상기 가스 방전관의 후단에 배치되며, 상기 제1 통신선과 상기 접지 사이에서 직렬로 연결되는 복수의 순방향 다이오드들과 제1 커패시터를 구비하는 제1 DC 유닛과, 상기 제1 통신선과 상기 접지 사이에서 직렬로 연결되는 복수의 역방향 다이오드들과 제2 커패시터를 구비하는 제2 DC 유닛을 포함하는 복수의 D/C 유닛부; 및
상기 복수의 D/C 유닛부의 후단에 배치되어, 상기 복수의 D/C 유닛부를 통과하는 과도 전압 신호를 억제하는 권선형 동축변압기를 포함하되,
각각의 D/C 유닛부는 상기 제1 통신선과 상기 접지 사이에서 병렬로 연결되는 것을 특징으로 하는 RF 안테나용 EMP 방호 장치.body case;
an input connector disposed on one side of the body case and connected to a first coaxial cable;
an output connector disposed on the other side of the body case and connected to a second coaxial cable;
an insulating member disposed between the body case and the output connector to electrically insulate the body case and the output connector;
a first communication line electrically connected to the central conductor of the first and second coaxial cables;
a second communication line electrically connected to an external conductor of the first and second coaxial cables;
a gas discharge tube (GDT) that is connected between the first communication line and the ground and primarily blocks a transient voltage signal due to an electromagnetic pulse (EMP);
a first DC unit disposed at a rear end of the gas discharge tube, the first DC unit including a plurality of forward diodes and a first capacitor connected in series between the first communication line and the ground; a plurality of D/C unit units including a second DC unit including a plurality of reverse diodes and a second capacitor connected thereto; and
A winding type coaxial transformer disposed at a rear end of the plurality of D/C units to suppress an overvoltage signal passing through the plurality of D/C units,
EMP protection device for RF antenna, characterized in that each D/C unit is connected in parallel between the first communication line and the ground.
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2020
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