KR102424781B1 - 부분 방전 검출 센서 - Google Patents

Abstract

LTE 대역 신호의 수신 차단 특성을 나타내는 필테나 구조의 부분 방전 검출 센서가 개시된다. 개시된 부분 방전 검출 센서는 기판; 상기 기판의 상부면에 형성된 방사체; 상기 방사체와 전기적으로 연결된 제1급전 라인; 제1급전 라인과 이격된 제2급전 라인; 상기 제1급전 라인 및 상기 제2급전 라인 사이에서, 상기 제1 및 제2급전 라인과 수직하게 배치되는 복수의 마이크로스트립 라인을 포함하며, 미리 설정된 주파수 대역의 신호 수신을 차단하는 필터부; 및 상기 기판의 하부면에 형성된 접지면을 포함한다.

Description

부분 방전 검출 센서{PARTIAL DISCHARGE SENSOR}

본 발명은 부분 방전을 검출하는 센서에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 LTE 대역 신호의 수신 차단 특성을 나타내는 필테나 구조의 부분 방전 검출 센서에 관한 것이다.

변압기 등의 고전압 기기내부의 절연시스템에서 국부의 전계강도가 유전체의 절연강도를 초과하면, 부분 방전(partial discharge)이 발생한다. 지속적인 부분 방전은 결과적으로 장비의 파괴를 일으키기 때문에, 부분 방전에 대한 사전 진단을 통해 시스템의 유지 보수가 요구된다.

부분 방전이 발생하면 전기적 임펄스 전류, 전자파 방사, 소리, 기체 압력의 증가, 화학적 반응 등의 에너지 변환이 나타나는데, 이러한 현상에 따른 부분 방전 신호를 이용하여 부분 방전을 검출한다.

부분 방전 신호를 검출하는 과정에서 LTE 대역 신호와 같은 다양한 무선 통신 주파수 신호가 검출될 경우, 부분 방전 검출 성능이 열화될 수 있으므로, 무선 통신 주파수 신호 차단 특성을 나타내는 부분 방전 검출 센서의 개발이 필요하다.

관련 선행문헌으로 특허 문헌인 대한민국 등록특허 제10-2311222호, 제10-2265912호 및 대한민국 공개특허 제2019-0130758호가 있다.

본 발명은 필테나 타입의 부분 방전 검출 센서를 제공하기 위한 것이다.

또한 본 발명은 LTE 주파수 대역의 신호를 수신 차단하는 특성을 나타내는 부분 방전 검출 센서를 제공하기 위한 것이다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따르면, 기판; 상기 기판의 상부면에 형성된 방사체; 상기 방사체와 전기적으로 연결된 제1급전 라인; 제1급전 라인과 이격된 제2급전 라인; 상기 제1급전 라인 및 상기 제2급전 라인 사이에서, 상기 제1 및 제2급전 라인과 수직하게 배치되는 복수의 마이크로스트립 라인을 포함하며, 미리 설정된 주파수 대역의 신호 수신을 차단하는 필터부; 및 상기 기판의 하부면에 형성된 접지면을 포함하는 부분 방전 검출 센서가 제공된다.

본 발명의 일실시예에 따르면, 안테나 정합회로가 불필요한 필테나를 이용하여 부분 방전 신호를 검출함으로써, 정합회로에 의한 손실이 감소하여, 센서의 민감도가 높아질 수 있다.

또한 본 발명의 일실시예에 따르면, LTE 주파수 대역 신호의 수신이 차단됨으로써, 부분 방전 신호의 검출 성능이 향상될 수 있다.

도 1 내지 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 부분 방전 검출 센서를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 부분 방전 검출 센서의 S₁₁ 파라미터를 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 부분 방전 검출 센서의 주파수별 실현 이득을 나타내는 도면이다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.

일반적으로 부분 방전 센서가 부분 방전 주파수 대역의 신호를 수신하고 LTE 주파수 대역의 신호를 차단하도록 하기 위해서는 안테나, 안테나 정합회로, 필터로 구성되어야 한다. 하지만 이 경우, 안테나 정합회로에 의한 손실이 발생하는 문제가 있다.

본 발명은 전술된 문제를 해결하기 위해, 필터 기능이 포함된 안테나, 즉 필테나(FILTENNA) 타입의 부분 방전 검출 센서를 제안한다. 본 발명에 따르면, 필터 기능이 안테나에 포함되어 있으므로 별도로 정합회로와 필터가 배치될 필요가 없으며, 따라서 전술된 문제가 해결될 수 있다.

또한 본 발명은 다양한 무선 통신 주파수 신호에 의해 부분 방전 신호 검출 성능이 저하되는 현상을 해결하기 위해, 무선 통신 주파수 신호의 수신을 차단할 수 있는 부분 방전 검출 센서를 제안한다.

본 발명의 일실시예에 따른 부분 방전 검출 센서는, LTE 대역 신호의 수신 차단 특성을 나타낸다. 본 발명의 일실시예에 따르면, LTE 주파수 대역 신호의 수신이 차단됨으로써, 부분 방전 신호의 검출 성능이 향상될 수 있다.

이하에서, 본 발명에 따른 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

도 1 내지 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 부분 방전 검출 센서를 설명하기 위한 도면으로서, 도 1은 기판의 상부면, 도 2는 기판의 하부면을 나타낸다. 그리고 도 3은 도 1에 표시된 본 발명의 일실시예에 따른 필터부가 별도로 도시된 도면이다.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 부분 방전 검출 센서는 기판(110), 방사체(120), 제1급전 라인(130), 제2급전 라인(140), 필터부 및 접지면(160)을 포함하며, 실시예에 따라서 비아홀들을 더 포함할 수 있다. 방사체(120), 제1급전 라인(130), 제2급전 라인(140), 필터부는 기판(110)의 상부면에 형성되며, 접지면은 기판(110)의 하부면에 형성된다.

방사체(120)는 광대역 특성을 나타내며, 무지향성 방사패턴을 나타내도록 설계된 형상일 수 있다. 일실시예로서 도 1에 도시된 바와 같이, 방사체(120)의 전체적인 형상은, 직사각형에서 꼭지점 부분이 잘려나간 형상일 수 있다. 그리고 방사체(120)의 내부에 직사각형 형상의 슬롯이 형성될 수 있으며, 직사각형 형상의 슬롯과 방사체(120)의 외부를 연결하는, 또 다른 슬롯이 방사체(120)에 형성될 수 있다.

급전 신호는 제1 및 제2급전 라인(130, 140)을 통해 방사체(120)로 전달된다. 제1급전 라인(130)은 방사체와 전기적으로 연결되며, 제2급전 라인(140)은 제1급전 라인(130)과 이격되어 배치된다. 제1 및 제2급전 라인(130, 140)은 하나의 급전 라인에서 일부가 제거된 형상일 수 있으며, 하나의 가상의 직선 상에 배치될 수 있다. 제1급전 라인(130)과 제2급전 라인(140) 사이의 이격 거리는, 후술되는 필터부의 구조에 따라 달라질 수 있다.

필터부는 제1급전 라인(130) 및 제2급전 라인(140) 사이에 배치되며, 미리 설정된 주파수 대역의 신호 수신을 차단한다. 필터부는 제1 및 제2급전 라인(130, 140)과 수직하게 배치되는 복수의 마이크로스트립 라인(151 내지 155)을 포함하며, 일실시예로서 중앙의 하나의 마이크로스트립 라인(153)을 기준으로 대칭 패턴으로 배치되며, 서로 이격되어 평행하게 배치되는, 홀수개의 마이크로스트립 라인들(151 내지 155)을 포함할 수 있다. 홀수개의 마이크로스트립 라인들(151 내지 155) 중 첫번째 및 마지막 마이크로스트립 라인(151, 155)은, 제1 및 제2급전 라인(130, 140) 각각에 전기적으로 연결된다.

도 1 내지 도 3에서는 LTE 주파수 대역(0.829 ~ 0.959 GHz, 1.715 ~ 1.860 GHz, 1.920 ~ 2.670 GHz) 신호의 수신을 차단하기 위해, 홀수개인 5개의 마이크로스트립 라인이 이용되는 실시예가 도시되나, 차단되는 신호의 주파수 대역에 따라서 마이크로스트립 라인의 개수는 달라질 수 있다. 만일 짝수개의 마이크로스트립 라인이 필터부로 이용된다면, 중앙의 2개의 마이크로스트립 라인을 기준으로 짝수개의 마이크로스트립 라인들이 대칭 패턴으로 배치될 수 있을 것이다.

마이크로스트립 라인들(151 내지 155)은, 폭, 길이 및 이격 간격 중 적어도 하나가 대칭인 패턴으로 배치될 수 있다.

일실시예로서, 마이크로스트립 라인들(151 내지 155)은, 중앙의 마이크로스트립(153) 라인에서, 첫번째 및 마지막 마이크로스트립(151, 155)의 방향으로 갈수록 길이 및 폭이 증가하는 패턴일 수 있다. 즉, 첫번째 및 마지막 마이크로스트립(151, 155)의 길이 및 폭이 가장 크며, 중앙의 마이크로스트립 라인(153)의 길이 및 폭이 가장 작을 수 있다.

또는 마이크로스트립 라인들(151 내지 155) 사이의 이격 거리가 첫번째 마이크로스트립 라인(151)에서 중앙의 마이크로스트립(153) 라인 방향으로 갈수록 증가하며, 중앙의 마이크로스트립 라인(153)에서 마지막 마이크로스트립 라인(155)의 방향으로 갈수록 감소하는 패턴일 수 있다. 즉, 중앙의 마이크로스트립(153) 라인과, 중앙의 마이크로스트립(153) 라인의 양옆에 배치된 두번째 및 네번째 마이크로스트립 라인(152, 154) 사이의 이격 거리는, 각각 동일할 뿐만 아니라, 첫번째 마이크로스트립 라인(151)과 첫번째 마이크로스트립 라인(151)의 옆에 배치된 두번째 마이크로스트립 라인(152) 사이의 제1이격 거리보다 크고, 마지막 마이크로스트립 라인(155)과 마지막 마이크로스트립 라인(155)의 옆에 배치된 네번째 마이크로스트립 라인(154) 사이의 제2이격 거리보다 클 수 있다. 그리고 이 때, 제1 및 제2이격 거리 역시 동일할 수 있다.

접지면(160)은 기판(110)의 하부면에 형성되며, 필터부의 아래쪽에 형성될 수 있다. 접지면(160)은 기판에 형성된 비아홀들(171 내지 175)을 통해, 복수의 마이크로스트립 라인(151 내지 155)과 전기적으로 연결될 수 있다. 비아홀들(171 내지 175)의 개수는 마이크로스트립 라인들(151 내지 155)의 개수에 대응된다.

이 때, 비아홀들(171 내지 175)은 홀수번째의 마이크로스트립 라인(171, 173, 175)의 일단에 배치된 제1비아홀(171, 173, 175) 및 짝수번째의 마이크로스트립 라인(172, 174)의 타단에 배치된 제2비아홀(172, 174)을 포함할 수 있다. 제2비아홀(172, 174)이 배치되는 마이크로스트립 라인(172, 174)의 타단은, 제1비아홀(171, 173, 175)이 배치되는 마이크로스트립 라인(171, 173, 175)의 일단의 반대쪽 끝단이다. 즉, 제1비아홀은 홀수번째의 마이크로스트립 라인(171, 173, 175)의 위쪽에 배치되고, 제1비아홀은 짝수번째의 마이크로스트립 라인(172, 174)의 아래쪽에 배치될 수 있다.

그리고 동일한 폭 및 길이의 마이크로스트립 라인들에서의 비아홀의 위치는, 서로 모두 동일할 수 있으며, 비아홀들(171 내지 175)은 마이크로스트립 라인들(171 내지 175)을 벗어나지 않도록, 마이크로스트립 라인들(171 내지 175)의 내부 영역에 대응되는 기판 영역에서 형성될 수 있다.

이러한 비아홀의 배치 패턴에 의해 부분 방전 검출 센서의 상호 인덕턴스가 증가하며, 증가된 상호 인덕턴스에 의해 고주파 대역의 신호인 LTE 대역 신호의 수신이, 보다 효과적으로 차단될 수 있다. 또한 매우 작은 크기의 비아홀이 서로 인접하여 형성되지 않음으로써, 본 발명의 일실시예에 따른 부분 방전 검출 센서의 공정 난이도가 낮아질 수 있다.

도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 부분 방전 검출 센서의 S₁₁ 파라미터를 나타내는 도면이며, 도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 부분 방전 검출 센서의 주파수별 실현 이득을 나타내는 도면이다.

도 4에서 파란색 실선은, 필터부가 포함되지 않은 기존 부분 방전 검출 센서의 S₁₁ 파라미터를 나타내며, 빨간색 실선은 본 발명의 일실시예에 따른 부분 방전 검출 센서의 S₁₁ 파라미터를 나타낸다. 도 5에서는 빨간색 실선이 필터부가 포함되지 않은 기존 부분 방전 검출 센서의 실현 이득을 나타내며, 파란색 실선이 본 발명의 일실시예에 따른 부분 방전 검출 센서의 실현 이득을 나타낸다. 그리고 도 5에서 회색 박스는 LTE 주파수 대역을 나타낸다.

도 4를 참조하면, LTE 주파수 대역(0.829 ~ 0.959 GHz, 1.715 ~ 1.860 GHz, 1.920 ~ 2.670 GHz)에서, 본 발명의 일실시예에 따른 따른 부분 방전 검출 센서의 S₁₁ 파라미터가 기존 부분 방전 검출 센서의 S₁₁ 파라미터보다 높으므로, 본 발명의 일실시예에서 LTE 주파수 대역이 효과적으로 차단됨을 알 수 있다. 또한 도 5를 참조하면, LTE 주파수 대역에서 본 발명의 일실시예에 따른 따른 부분 방전 검출 센서의 실현 이득이 기존 부분 방전 검출 센서의 실현 이득보다 매우 낮으므로, 본 발명의 일실시예에서, LTE 주파수 대역 신호가 거의 수신되지 않음을 알 수 있다.

따라서, 본 발명의 일실시예에서 LTE 주파수 대역의 신호가 보다 효과적으로 수신 차단됨을 알 수 있다.

이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.

Claims (5)

1. 기판;
   상기 기판의 상부면에 형성된 방사체;
   상기 방사체와 전기적으로 연결된 제1급전 라인;
   제1급전 라인과 이격된 제2급전 라인;
   상기 제1급전 라인 및 상기 제2급전 라인 사이에서, 상기 제1 및 제2급전 라인과 수직하게 배치되는 복수의 마이크로스트립 라인을 포함하며, 미리 설정된 주파수 대역의 신호 수신을 차단하는 필터부;
   상기 기판의 하부면에 형성된 접지면; 및
   상기 기판에 형성되며, 상기 복수의 마이크로스트립 라인과 상기 접지면을 전기적으로 연결하는 비아홀들을 포함하며,
   상기 필터부는
   중앙의 마이크로스트립 라인을 기준으로 대칭 패턴으로 배치되며, 서로 이격되어 배치되는, 홀수개의 마이크로스트립 라인들을 포함하며,
   상기 마이크로스트립 라인들 사이의 이격 거리는
   첫번째 마이크로스트립 라인에서 상기 중앙의 마이크로스트립 라인 방향으로 갈수록 증가하며, 상기 중앙의 마이크로스트립 라인에서 마지막 마이크로스트립 라인의 방향으로 갈수록 감소하며,
   상기 비아홀들은
   홀수번째의 마이크로스트립 라인의 일단에 배치된 제1비아홀; 및
   짝수번째의 마이크로스트립 라인의, 상기 일단의 반대쪽인 타단에 배치된 제2비아홀
   을 포함하는 부분 방전 검출 센서.
   
2. 삭제
3. 제 1항에 있어서,
   상기 필터부는
   중앙의 마이크로스트립 라인에서, 첫번째 및 마지막 마이크로스트립 라인의 방향으로 갈수록 길이 및 폭이 증가하는 마이크로스트립 라인들
   을 포함하는 부분 방전 검출 센서.
4. 삭제
5. 삭제

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