KR102437074B1 - 전자기 펄스를 방어하기 위한 플라즈마 리미터 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전자기 펄스로부터 필터를 구비한 도파관을 통해 레이더 장치를 보호하기 위한 플라즈마 리미터에 관한 것으로서, 외부의 전자파가 통과하기 위한 도파관; 상기 도파관 내면의 상하에 연결되어 상기 도파관의 중심을 향해 돌출되는 제1 방전 전극; 및 상기 도파관의 내면에 상기 제1 방전 전극의 좌우로 대칭하도록 한쌍으로 구비되는 제1 필터부; 를 포함하고, 상기 제1 필터부는 상기 제1 방전 전극과 대면하는 일면에 전자파가 진행하는 방향으로 개방되는 슬롯이 각각 형성된 제1 좌측 필터와 제1 우측 필터를 포함할 수 있다.

Description

전자기 펄스를 방어하기 위한 플라즈마 리미터{PLASMA LIMITER FOR PROTECTING FROM EMP}

본 발명은 전자기 펄스를 방어하기 위한 플라즈마 리미터에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 전자기 펄스로부터 필터를 구비한 도파관을 통해 레이더 장치를 보호하기 위한 플라즈마 리미터에 관한 것이다.

일반적으로 레이더 / 안테나 보호형 소자는 과전압이나 서지로부터 LNA (Low Noise Amplifier)와 같은 능동 고주파 회로들을 보호할 목적으로 사용된다. 레이더 / 안테나 보호형 소자는 크게 Solid-state, Ferrite, 플라즈마 타입으로 나뉘며, 이들이 이상적으로 동작한 경우 특정 입력 전력 값 이하에서는 삽입손실이 매우 낮아야 되며, 특정 입력 전력 값 이상에서는 손실을 발생시켜 보호형 소자에서 출력되는 전력이 능동 고주파 회로의 동작범위 안에 있어야 한다. 이에 따라 소자의 동작 주파수 영역, 대역폭 선택도, 임계 전력값, 선형성, 입력 전력 한계값 등이 레이더 / 안테나 보호형 소자의 중요한 평가수치가 된다.

Solid-state 리미터 또는 반도체 기반 보호형 소자들은 P-I-N 다이오드, Schottky 다이오드, FET 소자로 각각 구성된다. 가장 대표적인 반도체 리미터인 병렬 P-I-N 다이오드로 구성된 리미터는 낮은 전력의 입력 신호에서 작은 커패시턴스 값을 가져 낮은 삽입손실을 가지는 장점을 보인다. 하지만, 높은 입력 전력에 대해서는 낮은 반사 또는 흡수계수를 보여 취약성을 보인다. 반도체 소자의 특성에 의해서 성능 및 동작주파수 대역이 결정되며, 낮은 전력에서도 쉽게 반응하여 송수신 시스템에 기생성분 및 비선형성을 증가시키는 경향이 있다.

Ferrite 리미터는 입력 RF 전력에 따라 비선형적인 흡수도를 보이는 특성을 가진다. 이러한 자성 물질들은 임계 전력이상의 전력을 열로 발생시켜 시스템을 보호한다. 높은 입력 전력에 대해서 협대역 반응 특성을 보여, 특정 주파수에만 반응하는 특성도 보이며, 사용자가 동작 주파수를 설계하기 어려운 단점을 가진다. 또한, 반사가 아닌 흡수를 통해 시스템을 보호하므로, 반도체 기반 리미터보다 최소 10dB 이상의 추가 삽입손실이 발생한다. 크기는 대체로 큰 편이며, 임계 전력값을 조절할 수 없는 단점도 가진다.

플라즈마 리미터는 높은 입력 전력에 의한 가스방전을 원리로 한다. 가스방전에 의해 생성된 플라즈마는 입사된 고주파 신호를 반사시킨다. 일반적으로 플라즈마 리미터는 광대역에서 설계가 가능하며, 초고주파 대역에서와 높은 입력 전력에 대해서도 잘 동작하는 장점을 가진다. 하지만, 일반적으로 플라즈마를 기반으로 하는 리미터는 동작 주파수를 선택하기 어렵다는 단점을 가진다.

따라서, 레이더 또는 안테나를 전자기 펄스로부터 보호하기 위하여 광대역에서 설계가 가능하며, 선택적 주파수 대역통과 특성을 가지는 필터가 요구되는 실정이다.

상기한 과제를 해결하기 위하여 본 발명의 실시예에 따른 플라즈마 리미터는 외부의 전자기 펄스로부터 레이더를 효율적으로 보호하는 것을 그 목적으로 한다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 플라즈마 리미터는 선택적 주파수 대역통과 특성을 가지는 필터와 방전전극 형상을 결합하여, 전계 집중도를 크게 향상 시키는 것을 다른 목적으로 한다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 플라즈마 리미터는 플라즈마 리미터의 주요 파라미터들을 제시하여 동작 주파수를 지정할 수 있도록 형상을 설계/개발하는 것을 또 다른 목적으로 한다.

상기한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 리미터는 외부의 전자파가 통과하기 위한 도파관; 상기 도파관 내면의 상하에 연결되어 상기 도파관의 중심을 향해 돌출되는 제1 방전 전극; 및 상기 도파관의 내면에 상기 제1 방전 전극의 좌우로 대칭하도록 한쌍으로 구비되는 제1 필터부; 를 포함하고, 상기 제1 필터부는 상기 제1 방전 전극과 대면하는 일면에 전자파가 진행하는 방향으로 개방되는 슬롯이 각각 형성된 제1 좌측 필터와 제1 우측 필터를 포함할 수 있다.

상기 도파관의 내부에는 가스가 채워지며, 상기 가스는 비활성 기체일 수 있다.

상기 제1 방전 전극은 상기 도파관 내면의 상면에 연결되어 상기 도파관의 중심으로 돌출되는 제1 상부 전극; 및 상기 도파관 내면의 하면에 연결되어 상기 도파관의 중심으로 돌출되는 제1 하부 전극; 을 포함하고, 상기 제1 상부 전극과 상기 제1 하부 전극은 상기 도파관의 중심에서 이격되어 상기 도파관 내부의 가스에 방전을 일으킬 수 있다.

상기 제1 좌측 필터와 상기 제1 우측 필터는 상기 제1 방전 전극을 중심으로 서로 이격될 수 있다.

상기 제1 좌측 필터와 상기 제1 우측 필터는 상기 제1 방전 전극을 기준으로 서로 대칭되는 'ㄷ'자 형상을 가질 수 있다.

상기 제1 좌측 필터의 슬롯은 상기 제1 좌측 필터의 상기 제1 방전 전극과 대면하는 일면에서 상기 전자파가 진행하는 방향을 따라 형성되는 홈을 포함하고, 상기 제1 우측 필터의 슬롯은 상기 제1 우측 필터의 상기 제1 방전 전극과 대면하는 일면에서 상기 전자파가 진행하는 방향을 따라 형성되는 홈을 포함할 수 있다.

상기 제1 좌측 필터의 슬롯은 상기 제1 좌측 필터의 상기 제1 방전 전극과 대면하는 일면의 중심부에 형성되고, 상기 제1 우측 필터의 슬롯은 상기 제1 우측 필터의 상기 제1 방전 전극과 대면하는 일면의 중심부에 형성될 수 있다.

상기 제1 좌측 필터와 상기 제1 우측 필터의 슬롯은 상기 도파관 내에서 상기 제1 방전 전극에 의하여 방전이 이루어지는 위치의 높이에 대응되는 위치에 형성될 수 있다.

상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 다른 실시예에 따른 플라즈마 리미터는 외부의 전자파가 통과하기 위한 도파관; 상기 도파관 내면의 상하에 연결되어 상기 도파관의 중심을 향해 돌출되고, 상기 전자파의 진행 방향에 따라 나란히 위치하는 제1 방전 전극 및 제2 방전 전극; 상기 도파관의 내면에 상기 제1 방전 전극의 좌우로 대칭하도록 한쌍으로 구비되는 제1 필터부; 상기 도파관의 내면에 상기 제2 방전 전극의 좌우로 대칭하도록 한쌍으로 구비되는 제2 필터부; 를 포함하고, 상기 제1 필터부는 상기 제1 방전 전극과 대면하는 일면에 전자파가 진행하는 방향으로 개방되는 슬롯이 각각 형성된 제1 좌측 필터와 제1 우측 필터를 포함하고, 상기 제2 필터부는 상기 제2 방전 전극과 대면하는 일면에 전자파가 진행하는 방향으로 개방되는 슬롯이 각각 형성된 제2 좌측 필터와 제2 우측 필터를 포함할 수 있다.

상기 제1 방전 전극은 상기 도파관 내면의 상면에 연결되어 상기 도파관의 중심으로 돌출되는 제1 상부 전극; 및 상기 도파관 내면의 하면에 연결되어 상기 도파관의 중심으로 돌출되는 제1 하부 전극; 을 포함하고, 상기 제2 방전 전극은 상기 도파관 내면의 상면에 연결되어 상기 도파관의 중심으로 돌출되는 제2 상부 전극; 및 상기 도파관 내면의 하면에 연결되어 상기 도파관의 중심으로 돌출되는 제2 하부 전극; 을 포함하고, 상기 제1 상부 전극과 상기 제1 하부 전극은 상기 도파관의 중심으로 돌출되는 각각의 일단이 이격되고, 상기 제2 상부 전극과 상기 제2 하부 전극은 상기 도파관의 중심으로 돌출되는 각각의 일단이 이격되며, 상기 제1 상부 전극과 상기 제1 하부 전극이 이격되는 거리는 상기 제2 상부 전극과 상기 제2 하부 전극이 이격되는 거리보다 길 수 있다.

상기 제2 필터부의 슬롯 길이는 상기 제1 필터부의 슬롯 길이보다 짧을 수 있다.

상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 플라즈마 리미터는 외부의 전자파가 통과하기 위한 도파관; 상기 도파관 내면의 상하에 연결되어 상기 도파관의 중심을 향해 돌출되는 복수의 방전 전극; 및 상기 도파관의 내면에 상기 복수의 방전 전극에 대응하여 상기 복수의 방전 전극의 좌우로 대칭하도록 한쌍으로 구비되는 복수의 필터부; 를 포함하고, 각각의 상기 복수의 필터부는 대응되는 상기 복수의 방전 전극과 대면하는 일면에 전자파가 진행하는 방향으로 개방되는 슬롯이 각각 형성된 좌측 필터와 우측 필터를 포함할 수 있다.

본 발명은 전계 집중 향상과 낮은 삽입손실을 고려한 형상을 통해 플라즈마 리미터의 가스방전 및 입력신호 전달 특성을 향상시킬 수 있고, 레이더 / 안테나 보호형 소자의 구현이 가능한 효과가 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 플라즈마 리미터는 선택적 주파수 대역통과 특성을 가지는 필터와 방전전극 형상을 결합하여, 전계 집중도를 크게 향상 시킴으로써 전자기파로부터 소자를 효과적으로 보호할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 플라즈마 리미터는 플라즈마 리미터의 주요 파라미터들을 제시하여 동작 주파수를 지정할 수 있도록 형상을 설계/개발을 용이하게 하는 효과가 있다.

다만, 본 발명의 일 실시예가 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.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 리미터를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 도 1의 실시예에 따른 플라즈마 리미터의 정면도이다.
도 3은 도 1의 실시예에 따른 플라즈마 리미터의 평면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 리미터의 필터부에 의하여 표면 전류가 집중되는 것을 예시하여 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 리미터에 의한 전달 특성 변화를 설명하기 위한 그래프이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 리미터에 의한 전달 특성 변화를 입력 전력에 따라 설명하기 위한 그래프이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 리미터에 의한 전달 특성 변화를 입력 전력에 따라 설명하기 위한 다른 그래프이다.
도 8 및 도9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 플라즈마 리미터를 설명하기 위한 도면이다.
도 10는 도 8 및 도 9의 실시예에 따른 플라즈마 리미터에 의한 전달 특성 변화를 설명하기 위한 그래프이다.
도 11은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 플라즈마 리미터에 의한 전달 특성 변화를 설명하기 위한 그래프이다.
도 12는 플라즈마 리미터의 방전 전극에 의하여 플라즈마 생성되는 것을 나타내기 위한 도면이다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고, 이를 상세한 설명을 통해 상세히 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명은 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 본 명세서의 설명 과정에서 이용되는 숫자(예를 들어, 제 1, 제 2 등)는 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구분하기 위한 식별기호에 불과하다.

또한, 본 명세서에서, 일 구성요소가 다른 구성요소와 "연결된다" 거나 "접속된다" 등으로 언급된 때에는, 상기 일 구성요소가 상기 다른 구성요소와 직접 연결되거나 또는 직접 접속될 수도 있지만, 특별히 반대되는 기재가 존재하지 않는 이상, 중간에 또 다른 구성요소를 매개하여 연결되거나 또는 접속될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.

이하에서는, 도면을 참조하여 본 발명의 기술적 사상에 따른 예시적인 실시예들에 대해 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 리미터를 설명하기 위한 도면이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 리미터는 도파관(100), 제1 방전 전극(200) 및 제1 필터부(300)를 포함할 수 있다.

플라즈마 리미터는 외부에서 입력되는 전자기 펄스(EMP: Electromagnetic Pulse)에 대한 선택적 필터링을 통해 레이더나 안테나와 같은 통신 장치의 LNA나 능동 고주파 회로들을 보호하기 위하여 사용된다. 즉, 플라즈마 리미터는 레이더 또는 안테나가 수신하고자 하는 낮은 전력의 입력 신호는 손실없이 통과시키되, 레이더 또는 안테나의 회로 장치에 장애를 일으킬만한 일정 주파수 이상의 높은 입력 전력에 대해서는 높은 반사율을 통해 도파관을 통과하지 못하도록 해야 한다. 여기서 일정 주파수 이상의 전자파는 100 kHz 이상의 번개 전자기 펄스(Lightning EMP), 1 MHz 이상의 핵 공격에 의한 전자기 펄스(Nuclear EMP), 300MHz 이상의 직접적인 고출력/광대역 전자기 펄스(HPEMP: High Power EMP) 등이 예시될 수 있다.

도파관(100)은 외부로부터 유입되는 전자파가 통과할 수 있다. 도파관(100)은 레이더 또는 안테나 등에 유입되는 전자파가 도파관을 관통할 수 있도록 양방향으로 개방될 수 있다. 상기 전자파는 도파관(100)의 내면을 따라 형성되는 관을 통과할 수 있다.

본 발명의 실시예에서 도파관(100)의 내부에는 방전을 통해 플라즈마 형성을 위한 가스가 채워질 수 있다. 여기서 가스는 다양한 종류가 예시될 수 있으나, 방전속도를 증가시키고 방전전압을 감소시키기 위하여 8족 원소인 비활성 기체가 사용되는 것이 바람직하다. 예를 들어, 아르곤, 네온, 제논과 같은 기체들이 도파관(100) 내에 채워지는 가스로 예시될 수 있다. 또한, 상기 가스들은 혼합되어 사용될 수 도 있다.

제1 방전 전극(200)은 도파관(100) 내면의 상하에 연결되어 도파관(100)의 중심을 향해 돌출될 수 있다. 보다 상세하게, 제1 방전 전극(200)은 도파관(100) 내면의 상면에 연결되어 도파관의 중심으로 돌출되는 제1 상부 전극(210) 및 도파관(100) 내면의 하면에 연결되어 도파관의 중심으로 돌출되는 제1 하부 전극(220)을 포함할 수 있다.

제1 상부 전극(210)과 제1 하부 전극(220)은 도파관(100)의 중심에서 이격되어 상기 도파관(100) 내부의 가스에 방전을 일으킴으로써 도파관 (100) 내부에 플라즈마를 생성할 수 있다.

제1 상부 전극(210)의 하단과 제1 하부 전극(220)의 상단을 통해 방전이 이루어지고, 이 때 제1 필터부(300)에 의하여 제1 상부 전극(210)의 하단과 제1 하부 전극(220)의 상단에 전계가 집중될 수 있다. 제1 상부 전극(210)의 하단과 제1 하부 전극(220)의 상단의 형상은 원뿔이나 원기둥과 같은 형상을 가질 수 있으며, 소정거리 이격될 수 있다. 보다 상세하게 양 전극의 일단은 0.1 내지 0.4 mm 의 거리로 이격됨이 바람직하다. 그리고 제1 상부 전극(210)과 제1 하부 전극(220)은 다양한 물질로 코팅될 수 있다.

제1 방전 전극(200)은 외부에서 입력되는 전자파에 대응하여 도파관(100) 내부의 가스에 방전을 일으킬 수 있다. 이 때, 외부로부터 전원이 인가되거나 양 전극 사이에 외부의 광원을 조사하는 방법을 통해 낮은 공간 전계값에서도 방전이 이루어지도록 하고, 제1 방전 전극(200)의 방전 속도를 향상시킬 수 있다.

제1 필터부(300)는 도파관(100)의 내면에 제1 방전 전극(200)의 좌우로 대칭하도록 한쌍으로 구비될 수 있다. 제1 필터부(300)는 제1 방전 전극(200)과 대면하는 일면에 전자파가 진행하는 방향으로 개방되는 슬롯(311, 312)이 각각 형성된 제1 좌측 필터(310)와 제1 우측 필터(320)를 포함할 수 있다.

보다 상세하게, 제1 좌측 필터(310)와 제1 우측 필터(320)는 제1 방전 전극(200)을 중심으로 서로 이격될 수 있다. 또한, 제1 좌측 필터(310)와 제1 우측 필터(320)는 제1 방전 전극(200)을 기준으로 서로 대칭되는 'ㄷ'자 형상을 가질 수 있다.

제1 좌측 필터(310)의 슬롯(311)은 제1 좌측 필터(310)의 제1 방전 전극(200)과 대면하는 일면에서 전자파가 진행하는 방향을 따라 형성되는 홈으로 구성될 수 있다. 마찬가지로, 제1 우측 필터(320)의 슬롯(321)은 제1 우측 필터(320)의 제1 방전 전극(200)과 대면하는 일면에서 전자파가 진행하는 방향을 따라 형성되는 홈으로 구성될 수 있다.

여기서, 상기 제1 좌측 필터(310)의 슬롯(311)은 제1 좌측 필터(310)의 제1 방전 전극(200)과 대면하는 일면의 중심부에 형성되고, 제1 우측 필터(320)의 슬롯(321)은 제1 우측 필터(320)의 제1 방전 전극(200)과 대면하는 일면의 중심부에 형성될 수 있다.

보다 상세하게, 제1 좌측 필터(310)와 제1 우측 필터(320)의 슬롯(311, 321)은 도파관(100) 내에서 제1 방전 전극(200)에 의하여 방전이 이루어지는 위치의 높이에 대응되는 위치에 형성될 수 있다.

제1 필터부(300)는 도파관(100)과 같은 알루미늄, 구리와 같은 도전성 금속 재질로 구성될 수 있다. 또한, 제1 필터부(300)는 도파관(100)과 일체로 형성되거나 별도로 형성된 후 도파관(100) 내에 삽입되어 용접등의 방식으로 도파관(100)과 결합될 수 있다.

제1 필터부(300)의 형상과 기능에 대한 보다 상세한 설명은 도 2와 도 3을 참조하여 설명하기로 한다.

도 2는 도 1의 실시예에 따른 플라즈마 리미터의 정면도이다. 그리고, 도 3은 도 1의 실시예에 따른 플라즈마 리미터의 평면도이다.

도 2와 도 3을 참조하면, 제1 좌측 필터(310)와 제2 좌측 필터(320)를 포함하여 구성되는 제1 필터부(300) 전체의 가로 길이(F)와 세로 길이(G)는 도파관(100)의 내면에 형성되는 관의 가로 길이와 세로 길이에 대응하도록 설정될 수 있다.

제1 좌측 필터(310)에 형성되는 슬롯(311)은 제1 좌측 필터(310)의 제1 방전 전극(200)과 대면하는 면의 중심부에 형성될 수 있다. 슬롯(311)은 도파관(100) 내 전자파의 진행 방향에 따라 개방되는 형상일 수 있으며, 개방되는 슬롯(311)은 장방형의 형상을 가질 수 있다. 슬롯(311)을 포함하는 제1 좌측 필터(310)는 도파관(100)의 전면에서 바라볼 때 'ㄷ'자 형상을 가질 수 있다.

마찬가지로, 제1 우측 필터(320)에 형성되는 슬롯(321)은 제1 우측 필터(320)의 제1 방전 전극(200)과 대면하는 면의 중심부에 형성될 수 있다. 슬롯(321)은 도파관(100) 내 전자파의 진행 방향에 따라 개방되는 형상일 수 있으며, 개방되는 슬롯(321)은 장방형의 형상을 가질 수 있다. 슬롯(321)을 포함하는 제1 우측 필터(320)는 도파관(100)의 전면에서 바라볼 때 'ㄷ'자가 좌우 대칭된 형상을 가질 수 있다.

슬롯(311)과 슬롯(312)의 길이를 합친 길이(A)는 14 내지 16 mm로 설정됨이 바람직하고, 슬롯(311)과 슬롯(312)의 높이(B)는 1.5mm로 설정됨이 바람직하다. 하지만 본 발명은 상기 길이(A) 또는 높이(B)의 크기에 한정되지 않는다. 플라즈마 리미터의 공진 주파수(Resonating Frequency)는 상기 길이(A)와 높이(B)의 변경에 대응하여 다른 범위를 가질 수 있게 된다. 즉, 제1 필터부(300)의 슬롯 크기에 대응하여 플라즈마 리미터의 공진 주파수가 변경될 수 있다.

제1 좌측 필터(310)와 제2 좌측 필터(320)는 제1 방전 전극(200)을 중심에 두고 서로 소정 거리 이격될 수 있다. 이 때, 제1 좌측 필터(310)와 제1 우측 필터(320)가 제1 방전 전극(200)과 대면하는 면 중 슬롯(311, 312)이 위치하지 않는 면 간의 이격 거리(D)는 1.5mm 임이 바람직하다. 그리고 제1 좌측 필터(310)와 제1 우측 필터(320)가 제1 방전 전극(200)으로부터 이격되기 위하여 제1 방전 전극(200)의 지름(C)은 제1 좌측 필터(310)와 제1 우측 필터(320)의 이격 거리(D)보다 작은 1mm 이내로 설정됨이 바람직하다.

그리고, 제1 상단 전극(210)과 제1 하단 전극(220) 간의 이격 거리(E)는 0.1 내지 0.4mm로 설정됨이 바람직하다.

하지만 본 발명은 상기 이격 거리(D) 또는 지름(C)의 크기에 한정되지 않는다. 플라즈마 리미터의 삽입 손실(Insertion loss) 또는 전계 강화(Electric field enhancement) 는 상기 이격 거리(D)와 지름(C)의 변경에 대응하여 다른 범위를 가질 수 있게 된다. 즉, 제1 필터부(300)의 필터간 이격 거리 및 방전 전극의 지름 크기에 대응하여 플라즈마 리미터의 삽입 손실이 변경될 수 있다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 리미터의 필터부에 의하여 표면 전류가 집중되는 것을 예시하여 설명하기 위한 도면이다.

도 4에 도시된 바와 같이, 제1 필터부(300)의 슬롯(311, 312)이 특정 주파수에 공진하면 슬롯(311, 312)의 중앙으로 표면 전류가 집중되며, 중앙에 위치한 제1 방전 전극(200)으로 전류가 집중됨을 알 수 있다. 이에 따라 제1 상단 전극(210)과 제1 하단 전극(220)의 사이에 공간 전계가 집중됨을 알 수 있다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 리미터에 의한 전달 특성 변화를 설명하기 위한 그래프이다.

도 5의 좌측 그래프와 우측 그래프를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 플라즈마 리미터는 낮은 전도도를 가지는 입력(0 S/m)에 대하여 9.4Ghz 의 주파수에서 전달율이 높고 반사율이 낮게 되어 삽입 손실이 낮아지는 것을 확인할 수 있다. 반면, 높은 전도도를 가지는 입력(10 S/m 이상)에 대하여 주파수에 상관 없이 낮은 전달율과 높은 반사율을 가짐으로써 필터링되는 것을 알 수 있다

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 리미터에 의한 전달 특성 변화를 입력 전력에 따라 설명하기 위한 그래프이다.

도 6의 좌측 그래프와 우측 그래프를 참조하면, 시간(ns)의 경과에 따라 플라즈마 리미터의 정상상태와 동작상태에 대한 전달특성을 알 수 있다. 도 6의 좌측 그래프를 통하여 정상상태에서 입력 펄스와 투과된 펄스의 크기 차이가 적고, 이로 인하여 삽입 손실이 줄어든 것을 확인할 수 있다. 그리고 도 6의 우측 그래프는 동작상태를 나타낸 것으로서, 입력 펄스 대비 투과된 펄스의 비율이 적고, 대부분이 반사됨으로써 안테나 또는 레이더 같은 시스템을 효과적으로 보호할 수 있음을 알 수 있다.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 리미터에 의한 전달 특성 변화를 입력 전력에 따라 설명하기 위한 다른 그래프이다.

보다 상세하게, 도 7의 좌측 그래프는 시간(ms)의 경과에 따라 기존의 플라즈마 리미터에서 이루어지는 전달 특성의 변화를 나타낸 것이고, 도 7의 우측 그래프는 시간(ms)의 경과에 따라 본 발명의 실시예에 의한 플라즈마 리미터에서 이루어지는 전달 특성의 변화를 나타낸 것이다. 이를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 플라즈마 리미터는 기존의 플라즈마 리미터와 비교할 때, 외부의 전자기 펄스 입력에 대응하여 즉각적으로 반사율이 향상되어 차폐가 이루어지는 것을 알 수 있다.

도 8 및 도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 플라즈마 리미터를 설명하기 위한 도면이다. 도 9는 도 8의 실시예에 따른 플라즈마 리미터의 평면도이다. 도 8과 도9를 참조하면, 앞서 설명한 도 3의 평면도와 달리 제2 방전 전극(400)과 제2 필터부(500)가 추가된 것을 알 수 있다.

제2 방전 전극(400)은 도파관(100) 내의 전자기파 진행 방향에 따라 제1 방전 전극(200)과 나란히 위치할 수 있다. 그리고 제2 필터부(500)는 도파관(100)의 내면에 제2 방전 전극(400)의 좌우로 대칭하도록 한쌍으로 구비될 수 있다. 보다 상세하게, 제2 필터부(500)는 제2 방전 전극(400)과 대면하는 일면에 전자파가 진행하는 방향으로 개방되는 슬롯(511, 521)이 각각 형성된 제2 좌측 필터(510)와 제2 우측 필터(520)를 포함할 수 있다.

도 8을 설명함에 있어 앞선 도면과 중복되는 구성 또는 효과에 대한 기재는 생략하기로 한다.

제2 방전 전극(400)은 제1 방전 전극(200)과 마찬가지로 도파관(100) 내면의 상면에 연결되어 도파관(100)의 중심으로 돌출되는 제2 상부 전극(410) 및 도파관(100) 내면의 하면에 연결되어 도파관(100)의 중심으로 돌출되는 제2 하부 전극(420)을 포함할 수 있다.

제2 방전 전극(400)은 도파관(100) 내 전자기파의 진행 방향에 있어서, 제1 방전 전극(200)보다 뒤에 위치할 수 있다. 그리고 제2 방전 전극(400)은 제2 상부 전극(410)과 제2 하부 전극(420) 의 일단이 서로 이격되는 거리(E)는 제1 상부 전극(210)과 제1 하부 전극(220)의 일단이 서로 이격되는 거리(I)보다 길 수 있다. 예를 들어, 2개의 필터부(300, 500)가 도파관(100)의 내부에 구성될 때, 전방에 위치하는 방전 전극(200)의 전극간 이격 거리(E)가 0.4mm 일 때, 후방에 위치하는 방전 전극(400)의 전극간 이격 거리(I)는 0.1mm 로 설정될 수 있다.

제2 필터부(500)는 제2 방전 전극(400)의 위치에 대응하여 위치하므로, 제2 필터부(500)는 제1 필터부(300)보다 도파관(100) 내 전자기파의 진행 방향 상 뒤에 위치할 수 있다. 제1 필터부(300)와 제2 필터부(500) 간의 거리(H)는 8mm로 설정함이 바람직하다. 하지만, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 상기 거리(H)의 크기를 다르게 변경함으로써 플라즈마 리미터의 삽입 손실을 변경시킬 수 있다.

그리고, 제2 필터부(500)의 제2 좌측 필터(510)의 슬롯(511) 길이와 제2 우측 필터(520)의 슬롯(521) 길이를 합친 슬롯 길이(J)는 제1 필터부(300)의 제1 좌측 필터(310)의 슬롯(311) 길이와 제1 우측 필터(320)의 슬롯(321) 길이를 합친 슬롯 길이(A)보다 짧을 수 있다. 예를 들어, 제1 필터부(300)의 슬롯 길이(A)가 16mm인 경우, 제2 필터부(500)의 슬롯 길이(J)는 14mm로 설정될 수 있다.

제2 필터부(500)의 슬롯 길이(H)를 제1 필터부(300)의 슬롯 길이(A)보다 짧게 함으로써 플라즈마 리미터의 동작 주파수 대역을 보다 확장시킬 수 있다.

도 10은 도 8 및 도9의 실시예에 따른 플라즈마 리미터에 의한 전달 특성 변화를 설명하기 위한 그래프이다.

도 10의 좌측 그래프는 도파관(100) 내에 제1 방전 전극(200)과 제1 필터부(300)만 구성될 때의 전달 특성에 대한 그래프이고, 도 9의 우측 그래프는 도파관(100) 내에 제1 방전 전극(200), 제1 필터부(300), 제2 방전 전극(400) 및 제2 필터부(500)가 구성될 때의 전달 특성에 대한 그래프이다. 도 9의 우측 그래프를 참조하면, 도파관(100) 내에 2개의 필터부(300, 500)를 구성함으로써 9.4Ghz 내지 10Ghz 의 범위에서 전달율이 높고 반사율이 낮아지는 것을 알 수 있다. 즉, 2개의 필터부를 사용함으로써 플라즈마 리미터의 동작 주파수 대역이 보다 확장됨을 알 수 있다.

도 11은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 플라즈마 리미터에 의한 전달 특성 변화를 설명하기 위한 그래프이다. 앞서 도 8과 도 9를 통해 도파관(100) 내에 2개의 필터부가 구성되는 것을 설명하였다. 하지만, 본 발명은 이에 한정되지 않고 상기한 필터부는 3개 이상이 도파관(100) 내에 구성될 수도 있다. 도 10은 도파관(100) 내에 3개의 필터부가 구성될 때 전달 특성을 나타내는 그래프이다.

도 11을 참조하면, 삽입 손실은 9.18 ~ 9.51 GHz의 범위에서 0.5 dB 보다 작고, 9.5GHz에서 삽입 손실이 0.28 dB 인 것을 알 수 있다. 즉, 슬롯의 개수가 일정 수 이상 늘어남에 따라 삽입손실이 증가하는 경향이 있음을 알 수 있다.

도 12는 플라즈마 리미터의 방전 전극에 의하여 플라즈마 생성되는 것을 나타내기 위한 도면이다. 도 11은 플라즈마 리미터의 전면에서 플라즈마 리미티의 방전 전극에 의해 방전이 일어나고, 플라즈마가 생성되는 것을 예시하기 위한 도면이다.

이상, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

Claims (12)

1. 외부의 전자파가 통과하기 위한 도파관;
   상기 도파관 내면의 상하에 연결되어 상기 도파관의 중심을 향해 돌출되는 방전 전극; 및
   상기 도파관의 내면에 상기 방전 전극의 좌우로 대칭하도록 한쌍으로 구비되는 필터부; 를 포함하고,
   상기 필터부는 상기 방전 전극과 대면하는 일면에 전자파가 진행하는 방향으로 개방되는 제1 및 제2 슬롯이 각각 형성된 좌측 필터와 우측 필터를 포함하되,
   상기 제1 슬롯은 상기 좌측 필터의 상기 방전 전극과 대면하는 일면의 중심부에 형성되고, 상기 제2 슬롯은 상기 우측 필터의 상기 방전 전극과 대면하는 일면의 중심부에 형성되며,
   상기 제1 및 제2 슬롯은 상기 방전 전극을 기준으로 서로 대칭되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 전자기 펄스를 방어하기 위한 플라즈마 리미터.
2. 제1 항에 있어서, 상기 도파관의 내부에는 가스가 채워지며,
   상기 가스는 비활성 기체인 것을 특징으로 하는 전자기 펄스를 방어하기 위한 플라즈마 리미터.
3. 제1 항에 있어서, 상기 방전 전극은
   상기 도파관 내면의 상면에 연결되어 상기 도파관의 중심으로 돌출되는 상부 전극; 및
   상기 도파관 내면의 하면에 연결되어 상기 도파관의 중심으로 돌출되는 하부 전극; 을 포함하고,
   상기 상부 전극과 상기 하부 전극은 상기 도파관의 중심에서 이격되어 상기 도파관 내부의 가스에 방전을 일으키는 것을 특징으로 하는 전자기 펄스를 방어하기 위한 플라즈마 리미터.
4. 제1 항에 있어서, 상기 좌측 필터와 상기 우측 필터는
   상기 방전 전극을 중심으로 서로 이격되는 것을 특징으로 하는 전자기 펄스를 방어하기 위한 플라즈마 리미터.
5. 제1 항에 있어서, 상기 좌측 필터와 상기 우측 필터는
   상기 방전 전극을 기준으로 서로 대칭되는 'ㄷ'자 형상을 가지는 것을 특징으로 하는 전자기 펄스를 방어하기 위한 플라즈마 리미터.
6. 제1 항에 있어서,
   상기 좌측 필터의 제1 슬롯은 상기 좌측 필터의 상기 방전 전극과 대면하는 일면에서 상기 전자파가 진행하는 방향을 따라 형성되는 홈을 포함하고,
   상기 우측 필터의 제2 슬롯은 상기 우측 필터의 상기 방전 전극과 대면하는 일면에서 상기 전자파가 진행하는 방향을 따라 형성되는 홈을 포함하는 것을 특징으로 하는 전자기 펄스를 방어하기 위한 플라즈마 리미터.
7. 삭제
8. 제1 항에 있어서, 상기 제1 및 제2 슬롯은,
   상기 도파관 내에서 상기 방전 전극에 의하여 방전이 이루어지는 위치의 높이에 대응되는 위치에 형성되는 것을 특징으로 하는 전자기 펄스를 방어하기 위한 플라즈마 리미터.
9. 외부의 전자파가 통과하기 위한 도파관;
   상기 도파관 내면의 상하에 연결되어 상기 도파관의 중심을 향해 돌출되고, 상기 전자파의 진행 방향에 따라 나란히 위치하는 제1 방전 전극 및 제2 방전 전극;
   상기 도파관의 내면에 상기 제1 방전 전극의 좌우로 대칭하도록 한쌍으로 구비되는 제1 필터부;
   상기 도파관의 내면에 상기 제2 방전 전극의 좌우로 대칭하도록 한쌍으로 구비되는 제2 필터부; 를 포함하고,
   상기 제1 필터부는 상기 제1 방전 전극과 대면하는 일면에 전자파가 진행하는 방향으로 개방되는 제1 및 제2 슬롯이 각각 형성된 제1 좌측 필터와 제1 우측 필터를 포함하고,
   상기 제2 필터부는 상기 제2 방전 전극과 대면하는 일면에 전자파가 진행하는 방향으로 개방되는 제3 및 제4 슬롯이 각각 형성된 제2 좌측 필터와 제2 우측 필터를 포함하되,
   상기 제1 슬롯은 상기 제1 좌측 필터의 상기 제1 방전 전극과 대면하는 일면의 중심부에 형성되고, 상기 제2 슬롯은 상기 제1 우측 필터의 상기 제1 방전 전극과 대면하는 일면의 중심부에 형성되며,
   상기 제3 슬롯은 상기 제2 좌측 필터의 상기 제2 방전 전극과 대면하는 일면의 중심부에 형성되고, 상기 제4 슬롯은 상기 제2 우측 필터의 상기 제2 방전 전극과 대면하는 일면의 중심부에 형성되는 것을 특징으로 하는 전자기 펄스를 방어하기 위한 플라즈마 리미터.
10. 제9 항에 있어서,
    상기 제1 방전 전극은 상기 도파관 내면의 상면에 연결되어 상기 도파관의 중심으로 돌출되는 제1 상부 전극; 및 상기 도파관 내면의 하면에 연결되어 상기 도파관의 중심으로 돌출되는 제1 하부 전극; 을 포함하고,
    상기 제2 방전 전극은 상기 도파관 내면의 상면에 연결되어 상기 도파관의 중심으로 돌출되는 제2 상부 전극; 및 상기 도파관 내면의 하면에 연결되어 상기 도파관의 중심으로 돌출되는 제2 하부 전극; 을 포함하고,
    상기 제1 상부 전극과 상기 제1 하부 전극은 상기 도파관의 중심으로 돌출되는 각각의 일단이 이격되고, 상기 제2 상부 전극과 상기 제2 하부 전극은 상기 도파관의 중심으로 돌출되는 각각의 일단이 이격되며,
    상기 제1 상부 전극과 상기 제1 하부 전극이 이격되는 거리는 상기 제2 상부 전극과 상기 제2 하부 전극이 이격되는 거리보다 긴 것을 특징으로 하는 전자기 펄스를 방어하기 위한 플라즈마 리미터.
11. 제9 항에 있어서, 상기 제2 필터부의 슬롯 길이는
    상기 제1 필터부의 슬롯 길이보다 짧은 것을 특징으로 하는 전자기 펄스를 방어하기 위한 플라즈마 리미터.
12. 외부의 전자파가 통과하기 위한 도파관;
    상기 도파관 내면의 상하에 연결되어 상기 도파관의 중심을 향해 돌출되는 복수의 방전 전극; 및
    상기 도파관의 내면에 상기 복수의 방전 전극에 대응하여 상기 복수의 방전 전극의 좌우로 대칭하도록 한쌍으로 구비되는 복수의 필터부; 를 포함하고,
    각각의 상기 복수의 필터부는 대응되는 상기 복수의 방전 전극과 대면하는 일면에 전자파가 진행하는 방향으로 개방되는 제1 및 제2 슬롯이 각각 형성된 좌측 필터와 우측 필터를 포함하되,
    상기 제1 슬롯은 상기 좌측 필터의 상기 방전 전극과 대면하는 일면의 중심부에 형성되고, 상기 제2 슬롯은 상기 우측 필터의 상기 방전 전극과 대면하는 일면의 중심부에 형성되며,
    상기 제1 및 제2 슬롯은 상기 방전 전극을 기준으로 서로 대칭되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 전자기 펄스를 방어하기 위한 플라즈마 리미터.

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