KR102511556B1 - 직류 성분을 제거하는 고출력 동축선로 고역통과필터 - Google Patents

직류 성분을 제거하는 고출력 동축선로 고역통과필터 Download PDF

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Abstract

고출력 동축선로 고역통과필터는 관통홀이 형성되어 있는 외부선로, 상기 외부선로 내부에 배치되고, 갭을 사이에 두고 서로 마주하여 분리되어 있는 제1 전극 및 제2 전극을 포함하는 내부선로, 상기 관통홀을 통과하여 상기 내부선로의 상기 제1 전극에 접속되어 있는 연결 로드, 상기 연결 로드에 접속되어 있는 연결 링, 및 상기 연결 링에 병렬로 연결되어 있는 복수의 저항을 포함한다.

Description

직류 성분을 제거하는 고출력 동축선로 고역통과필터{HIGH POWER COAXIAL LINE HIGH-PASS FILTER WITH DC ELIMINATION}
본 발명은 동축선 구조의 고출력 고역통과필터에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 고역통과필터에서 직류 및 저주파 성분을 제거할 수 있는 고출력 동축선로 고역통과필터에 관한 것이다.
필터는 대역 특성에 따라서 고역통과필터(High-pass Filter, HPF), 저역통과필터(Low-pass Filter, LPF), 대역통과필터(Band-pass Filter, BPF), 대역저지필터(Band-stop Filter, BSF)로 나눌 수 있다.
고역통과필터는 직류 및 낮은 주파수 성분은 차단하고 높은 주파수 성분만 통과시키는 필터를 의미한다. 다양하게 사용되는 저역통과필터와 달리 고역통과필터는 매우 제한된 용도로만 사용되는 필터이지만, 저주파 성분을 차단하기 위해서는 꼭 사용되어야 하는 필터 중 하나이다.
필터는 주파수의 종류와 출력에 따라서 제작 방법도 다양하다. 저주파 대역에서 사용되는 필터는 집중소자(Lumped elements)를 사용하여 쉽게 제작이 가능하지만, 고주파 대역에서 사용되는 필터는 집중소자의 크기 때문에 제약이 따른다. 고주파 대역에 사용하는 소자일수록 크기가 작아지는 경향이 있다. 하지만 소자의 크기가 작아지면 고출력, 고전압에 사용하기에는 적합하지 않다. 따라서 같은 주파수 대역에서 사용되는 필터도 낮은 출력에서 사용되는 필터와 높은 출력에 사용되는 필터는 설계하는 방법이 다르다. 고주파 대역에서 필터는 집중소자를 사용하지 않고 분포 정수 회로(Distributed constant circuit)를 이용하여 설계될 수 있다. 분포 정수 회로는 눈에 보이는 소자를 사용하는 것이 아니라, 전송 선로에 분포하는 전자기적 특성을 고려하여 설계하는 것이다.
또한, 고출력 및 고전압에서 사용되는 필터를 제작하기 위해서는 절연파괴도 고려되어야 한다. 절연파괴란 전기적으로 절연된 물질 상호간의 전기저항이 감소되어 많은 전류가 흐르게 되는 현상을 의미한다. 고전압을 인가하였을 때 버틸 수 있는 한계를 의미하며 공기 중에서 약 30kV/cm가 인가되었을 때 절연파괴가 발생된다. 절연파괴를 예방할 수 있는 기술이 필요하다.
동축선로를 통해 안테나로 신호를 방사하는 시스템은 신호의 직류 및 저주파 성분으로 인하여 손상될 수 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 안테나 및 시스템으로 인가되는 신호의 직류 및 저주파 성분으로 인하여 시스템이 손상되는 것을 예방하기 위해 직류 및 저주파 성분을 제거하고 순수 교류 및 원하는 고주파 대역 성분만을 방사하기 위한 고출력 동축선로 고역통과필터를 제공함에 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 고출력 동축선로 고역통과필터는 관통홀이 형성되어 있는 외부선로, 상기 외부선로 내부에 배치되고, 갭을 사이에 두고 서로 마주하여 분리되어 있는 제1 전극 및 제2 전극을 포함하는 내부선로, 상기 관통홀을 통과하여 상기 내부선로의 상기 제1 전극에 접속되어 있는 연결 로드, 상기 연결 로드에 접속되어 있는 연결 링, 및 상기 연결 링에 병렬로 연결되어 있는 복수의 저항을 포함한다.
상기 갭은 상기 내부선로를 통해 직류 및 저주파 성분이 통과하지 못하게 하고 교류 및 고주파 성분만이 통과되도록 할 수 있다.
상기 복수의 저항은 상기 직류 및 저주파 성분을 유도 및 소모할 수 있다.
상기 관통홀은 상기 외부선로의 좌우 양측에 형성되어 있을 수 있다.
상기 연결 로드는 상기 내부선로의 좌우 양측에서 상기 내부선로와 상기 연결 링 사이를 물리적 및 전기적으로 연결시킬 수 있다.
상기 연결 링은 상기 외부선로의 외부를 둘러싸는 형태로 배치되고, 상기 복수의 저항은 상기 외부선로의 외부에 배치될 수 있다.
상기 고출력 동축선로 고역통과필터는 상기 외부선로 및 상기 복수의 저항을 감싸는 외부 케이스를 더 포함할 수 있다.
상기 고출력 동축선로 고역통과필터는 상기 외부 케이스의 일측면에 배치되는 접지면을 더 포함하고, 상기 복수의 저항 각각의 일단이 상기 연결 링에 연결되고, 상기 복수의 저항 각각의 타단이 상기 접지면에 연결되어 상기 복수의 저항이 접지될 수 있다.
상기 외부 케이스의 내부에는 절연유 또는 고압절연가스가 채워져 있을 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 고출력 동축선로 고역통과필터는 동축선을 사용하는 시스템에서 신호를 안테나로 방사하기 전, 안테나 및 시스템으로 반사되어 되돌아가는 직류 및 저주파 성분으로 인한 시스템 손상을 예방할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 고출력 동축선로 고역통과필터의 크기는 기존의 동축선로 필터보다 많이 커지지 않기 때문에 어느 시스템에 부착하더라도 이질감이 적고, 동축선로의 임피던스와 출력 조절이 용이하여 어느 시스템이든 맞춤형으로 제작이 가능하다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 고출력 동축선로 고역통과필터를 나타내는 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 고출력 동축선로 고역통과필터의 내부선로를 나타내는 측면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 고출력 동축선로 고역통과필터의 외부선로를 나타내는 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 고출력 동축선로 고역통과필터의 내부선로와 외부선로의 구조를 나타내는 구성도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 고출력 동축선로 고역통과필터의 내부선로에 복수의 저항이 연결된 구조를 나타내는 구성도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 고출력 동축선로 고역통과필터의 외부선로의 관통홀을 통해 복수의 저항이 내부선로에 연결된 구조를 나타내는 구성도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 고출력 동축선로 고역통과필터의 외부선로의 외부에 케이스를 씌운 구조를 나타내는 구성도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 고출력 동축선로 고역통과필터의 복수의 저항이 케이스에 접지되는 구조를 나타내는 측면도이다.
도 9 및 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 고출력 동축선로 고역통과필터의 성능을 시뮬레이션한 결과를 나타내는 그래프이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예들에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 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 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.
또한, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
이하, 도 1 내지 8을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 고출력 동축선로 고역통과필터에 대하여 설명한다.
고출력 동축선로 고역통과필터는 내부선로(100)(도 2 참조), 외부선로(200)(도 3 참조), 저항소자(300)(도 5 및 6 참조) 및 외부 케이스(400)(도 1 참조)를 포함한다.
도 2에 도시한 바와 같이, 내부선로(100)는 갭(G)을 사이에 두고 서로 마주하여 분리되어 있는 제1 전극(110) 및 제2 전극(120)을 포함한다. 고출력 동축선로 고역통과필터는 동축선로 사이에 연결될 수 있으며, 제1 전극(110)은 일측의 동축선로에 연결되고 제2 전극(120)은 타측의 동축선로에 연결될 수 있다. 제1 전극(110)과 제2 전극(120) 사이의 갭(G)은 내부선로(100)를 통해 직류 및 저주파 성분이 통과하지 못하게 하고 교류 및 고주파 성분만이 통과되도록 하는 역할을 한다.
갭(G)의 크기는 고역통과필터의 차단 주파수를 설정하기 위해서 조절될 수 있다. 즉, 고역통과필터의 차단 주파수에 따라 갭(G)의 크기가 결정될 수 있다. 또는, 고역통과필터의 차단 주파수를 설정하기 위해서 내부선로(100)(제1 전극(110) 및 제2 전극(120))의 단면적(또는 폭)이 조절될 수 있다. 즉, 고역통과필터의 차단 주파수에 따라 내부선로(100)의 단면적이 결정될 수 있다. 이때, 내부선로(100)의 단면적만을 조절하면 임피던스가 변하게 되므로, 임피던스를 맞추기 위해 내부선로(100)와 전기적으로 연결되어 있는 외부선로(200)의 폭도 함께 조절될 수 있다.
한편, 내부선로(100)의 연장 방향을 기준으로 제1 전극(110)의 좌우 양측에는 저항소자(300)와의 접속을 위한 접속부(110C)가 형성되어 있을 수 있다. 접속부(110C)는 홈(groove), 나사구멍, 또는 관통홀 형태로 형성될 수 있다.
도 3 및 4에 도시한 바와 같이, 외부선로(200)는 내부선로(100)를 감싸는 형태로 형성되고, 외부선로(200) 내부에 내부선로(100)가 배치된다. 외부선로(200)는 내부선로(100)의 접속부(110C)에 대응하는 위치에 형성된 관통홀(201)을 포함한다. 즉, 외부선로(200)의 좌우 양측에 관통홀(201)이 형성되어 있고, 관통홀(201)을 통해 내부선로(100)의 접속부(110C)가 노출될 수 있다. 관통홀(201)은 직류 및 저주파 성분이 빠져나가는 것을 유도하기 위한 경로를 형성하기 위한 것이다. 동축선로의 임피던스 변화와 신호의 손실을 최소화하는 동시에 절연파괴를 예방할 수 있도록 관통홀(201)은 적절한 크기로 형성되어야 한다.
도 5 및 6에 도시한 바와 같이, 저항소자(300)는 연결 로드(connection rod)(310), 연결 링(connection ring)(320) 및 복수의 저항(330)을 포함한다.
연결 링(320)은 복수의 저항(330)을 병렬로 연결시키기 위한 것으로 외부선로(200)의 외부를 둘러싸는 형태로 배치된다.
연결 로드(310)는 외부선로(200)의 관통홀(201)을 통과하여 내부선로(100)의 제1 전극(110)과 연결 링(320)을 물리적 및 전기적으로 연결시킨다. 예를 들어, 연결 로드(310)는 일단이 내부선로(100)의 접속부(110C)에 접속되어 있고 외부선로(200)의 관통홀(201)을 통과하여 타단이 연결 링(320)에 접속될 수 있다. 또는, 연결 로드(310)가 내부선로(100)의 접속부(110C)를 관통하고, 연결 로드(310)의 양 끝단에 연결 링(320)이 접속될 수 있다. 연결 로드(310)는 내부선로(100)의 좌우 양측에서 내부선로(100)와 연결 링(320) 사이를 물리적 및 전기적으로 연결시킬 수 있다.
직류 및 저주파 성분은 신호선이 얇고 길수록 잘 빠져나가는 전기적 특성을 가지고 있다. 연결 로드(310)와 연결 링(320)의 두께가 두꺼워지면 실제로 통과되어야 하는 고주파 성분이 빠져나갈 수 있으므로, 연결 로드(310)와 연결 링(320)은 얇고 길게 형성된다. 다만, 연결 로드(310)와 연결 링(320)이 얇게 형성될수록 절연파괴가 될 가능성이 높아지므로, 연결 로드(310)와 연결 링(320)의 두께는 고주파 성분이 빠져나가지 않을 정도의 적절한 두께로 설계되어야 한다.
복수의 저항(330)은 연결 로드(310)를 통해 빠져나오는 직류 및 저주파 성분을 소모하기 위한 것으로 연결 링(320)에 병렬로 연결된다. 병렬로 연결된 복수의 저항(330)의 저항값은 동축선로의 임피던스에 맞도록 매칭될 수 있다. 복수의 저항(330)은 고출력 사용에 적합한 개수로 설치되고, 직류 및 저주파 성분을 충분히 소모할 수 있도록 복수의 저항(330)의 용량이 정해질 수 있다.
복수의 저항(330)은 외부선로(200)의 외부에 배치되므로 기존의 동축선로의 특성이 최대한 유지될 수 있으며, 복수의 저항(330)은 직류 및 저주파 성분을 유도 및 소모할 수 있다.
도 7 및 8에 도시한 바와 같이, 외부 케이스(400)는 내부선로(100), 외부선로(200) 및 저항소자(300)를 감싸는 형태로 형성되고, 외부 케이스(400) 내부에 내부선로(100), 외부선로(200) 및 저항소자(300)가 배치된다.
외부 케이스(400)는 복수의 저항(330)을 접지시키고, 복수의 저항(330)을 보호하고, 절연파괴를 방지하는 역할을 한다. 외부 케이스(400)의 일측면에는 접지면(410)이 배치되어 있으며, 복수의 저항(330) 각각의 일단이 연결 링(320)에 연결되고, 복수의 저항(330) 각각의 타단이 접지면(410)에 연결되어 복수의 저항(330)이 접지될 수 있다. 도전체인 내부선로(100), 외부선로(200), 연결 로드(310), 연결 링(320)과 저항체인 복수의 저항(330)을 제외하고 외부 케이스(400)의 내부에는 절연유(insulating oil) 또는 고압절연가스가 채워지며, 이로 인하여 절연파괴가 방지될 수 있다.
이하, 도 9 및 10을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 고출력 동축선로 고역통과필터의 성능을 시뮬레이션한 결과에 대하여 설명한다.
도 9는 필터의 반사 손실(S11) 및 삽입 손실(S21)에 대한 시뮬레이션 결과이다. 본 발명의 실시예에 따른 고출력 동축선로 고역통과필터는 일반적인 고역통과필터와 달리 주파수(Freq.) 0(직류 성분)에 있는 반사 손실(S11)이 -30dB 이하로 떨어진다는 것이다. 일반적인 고역통과필터는 주파수 0(직류 성분) 및 저주파는 모두 반사시키고, 차단주파수 이상의 주파수는 통과시키기 때문에 반사 손실(S11)은 보통 0dB에 위치하게 된다. 반면, 본 발명의 실시예에 따른 고출력 동축선로 고역통과필터는 직류 성분(주파수 0) 및 저주파 성분을 거의 반사 없이 통과시킨다. 통과된 직류 성분 및 저주파 성분은 출력단으로 전달되지 않는다는 것은 삽입 손실(S21)을 통해 알 수 있다. 삽입 손실(S21)을 보면 0.3GHz 대역 이후의 신호만이 출력단으로 전달된다는 것을 볼 수 있다. 이 결과의 의미는 직류 성분 및 저주파 성분의 신호는 입력단을 통해 인가되었지만, 출력단으로 전달되고 있지 않다는 것을 의미한다. 즉, 직류 성분 및 저주파 성분은 부착된 저항소자(300)에 의해 소모된 것이다.
도 10은 복수의 저항(330)의 저항값을 조절하여 임피던스를 매칭시키지 않았을 때, 반사 손실(S11)의 변화를 도식한 것이다. 저항값에 따라서 직류 성분 및 저주파 성분이 반사되는 정도가 차이가 나는 것을 볼 수 있다. 1000옴(OHM)의 저항과 400옴(OHM)의 저항은 반사 손실(S11)이 ­20dB 이상 차이가 나며, 저항값의 변화는 차단 주파수 이후의 주파수 대역에서는 차이가 거의 없다. 즉, 저주파 성분만이 저항값에 따라 변화가 많음을 의미한다.
지금까지 참조한 도면과 기재된 발명의 상세한 설명은 단지 본 발명의 예시적인 것으로서, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미 한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
100: 내부선로 110: 제1 전극
120: 제2 전극 200: 외부선로
201: 관통홀 300: 저항소자
310: 연결 로드 320: 연결 링
330: 저항 400: 외부 케이스

Claims (9)

  1. 관통홀이 형성되어 있고 도전체인 외부선로;
    상기 외부선로 내부에 배치되고, 갭을 사이에 두고 서로 마주하여 분리되어 있는 제1 전극 및 제2 전극을 포함하는 내부선로;
    상기 관통홀을 통과하여 상기 내부선로의 상기 제1 전극에 접속되어 있는 연결 로드;
    상기 연결 로드에 접속되어 있는 연결 링; 및
    상기 연결 링에 병렬로 연결되어 있는 복수의 저항을 포함하고,
    상기 연결 링은 상기 외부선로의 외부를 둘러싸는 형태로 배치되고, 상기 복수의 저항은 상기 외부선로의 외부에 배치되는 고출력 동축선로 고역통과필터.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 갭은 상기 내부선로를 통해 직류 및 저주파 성분이 통과하지 못하게 하고 교류 및 고주파 성분만이 통과되도록 하는 고출력 동축선로 고역통과필터.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 복수의 저항은 상기 직류 및 저주파 성분을 유도 및 소모하는 고출력 동축선로 고역통과필터.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 관통홀은 상기 외부선로의 좌우 양측에 형성되어 있는 고출력 동축선로 고역통과필터.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 연결 로드는 상기 내부선로의 좌우 양측에서 상기 내부선로와 상기 연결 링 사이를 물리적 및 전기적으로 연결시키는 고출력 동축선로 고역통과필터.
  6. 삭제
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 외부선로 및 상기 복수의 저항을 감싸는 외부 케이스를 더 포함하는 고출력 동축선로 고역통과필터.
  8. 제7 항에 있어서,
    상기 외부 케이스의 일측면에 배치되는 접지면을 더 포함하고,
    상기 복수의 저항 각각의 일단이 상기 연결 링에 연결되고, 상기 복수의 저항 각각의 타단이 상기 접지면에 연결되어 상기 복수의 저항이 접지되는 고출력 동축선로 고역통과필터.
  9. 제7 항에 있어서,
    상기 외부 케이스의 내부에는 절연유 또는 고압절연가스가 채워져 있는 고출력 동축선로 고역통과필터.
KR1020210011911A 2021-01-27 2021-01-27 직류 성분을 제거하는 고출력 동축선로 고역통과필터 KR102511556B1 (ko)

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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20070201598A1 (en) * 2006-02-28 2007-08-30 Lerner Eric J Method and apparatus for producing X-rays, ion beams and nuclear fusion energy
JP2013502874A (ja) * 2009-08-24 2013-01-24 レイセオン カンパニー 多層の放射状電力分割器／結合器

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