KR20070084963A - 단일 빔 방사형 누설 동축 케이블 - Google Patents

Abstract

본 발명은 단일 빔 방사형 누설 동축 케이블을 개시한다. 본 발명에 따른 단일 빔 방사형 누설 동축 케이블은, 신호 전압의 인가에 의해 소정 주파수 대역의 전자기파가 소정 각도로 방사되는 누설 동축 케이블에 있어서, 내부 도체; 상기 내부 도체를 중심선으로 컴팩트(Compact)하게 둘러싸는 유전체; 및 상기 유전체를 컴팩트하게 둘러싸고, 내부 도체의 중심선을 따라 유전체를 노출시키는 방사 슬롯(Radiation Slot)이 동일 형상의 등간격으로 다수 배열된 외부 도체;를 포함하고, 상기 전자기파의 주파수 대역(X) 및 방사 각도(Y)가 다음의 수학식을 만족하는 것을 특징으로 한다.

수학식

본 발명은 누설 동축 케이블의 슬롯 피치에 따른 방사 각도와 특정 주파수 대역의 상관 관계를 산술화함으로써, 누설 동축 케이블의 방사 각도에 따른 특정 주파수 대역의 전자기파가 신호 왜곡이 없는 단일 빔으로 방사될 수 있도록 한다.

단일 빔, 방사, 슬롯, 누설 동축 케이블

Description

단일 빔 방사형 누설 동축 케이블{Leaky coaxial cable with the fundamental radiated mode Beam}

본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술하는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술 사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니된다.

도 1은 종래 기술에 따른 누설 동축 케이블의 구조를 개략적으로 도시한 사시도.

도 2는 종래 기술에 따른 누설 동축 케이블의 전계 패턴을 도시한 도면.

도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 누설 동축 케이블의 구조를 개략적으로 도시한 사시도.

도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 방사 슬롯을 통해 방사되는 주빔을 도시한 도면.

도 5는 본 발명의 바람직한 또 다른 실시예에 따른 방사 슬롯을 통해 방사되는 주빔을 도시한 도면.

도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 방사 각도 및 주파수 대역의 상관 관계를 도시한 그래프.

<도면의 주요 참조 부호에 대한 설명>

100...누설 동축 케이블 110...내부 도체

120...유전체 130...외부 도체

130a...방사 슬롯 140...외피

본 발명은 단일 빔 방사형 누설 동축 케이블에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 누설 동축 케이블의 전자파 방사 각도에 따른 주파수 대역을 특정화하여 방사 슬롯을 통해서 방사되는 전자기파가 특정 주파수 대역에서 신호 왜곡없이 방사될 수 있도록 하는 단일 방사형 누설 동축 케이블을 제공하는데 그 목적이 있다.

일반적으로, 터널, 지하 철로, 건물 지하 및 밀폐 공간 등과 같이 무선 주파수(Radio Frequency, 이하 RF라 칭함.)를 충분히 송ㆍ수신할 수 없는 장소에 누설 동축 케이블(Leaky Coaxial Cable)이 사용된다. 여기서, 누설 동축 케이블은 전송 라인(Transmission Line)과 안테나의 역할을 동시에 한다.

누설 동축 케이블은 길이 방향을 따라 구비된 복수의 슬롯(Slot)을 통해 통신이 이루어지도록 한 케이블로서, 슬롯의 주기나 형태를 조절하여 자유롭게 특성 주파수를 설계할 수 있고, 터널과 같은 형태의 전파 음영지역이라도 포설이 용이하다.

이러한 누설 동축 케이블은 FM, Pager, Cellular 대역에서만 사용할 수 있었 으나, 이동통신 서비스가 광대역(Broadband)으로 발전함에 따라 UHF 대역까지 전송시킬 수 있는 광대역 RF용 누설 동축 케이블(예컨대, RFCX 및 RFCL)이 사용되고 있다.

광대역 RF용 누설 동축 케이블은 다양한 주파수 대역에 대응하는 방사 모드(Radiation Mode)가 형성되도록 설계되며, 중앙 제어국이나 외부의 기지국과 통신이 가능한 시스템에 적용된다. 여기서, 전술한 시스템은 업링크(Up-Link) 및 다운링크(Down-Link) 주파수 범위를 포함하는 대역폭 즉, 순방향과 역방향의 주파수 대역폭을 이용한다.

전술한 누설 동축 케이블의 구조 및 전계 패턴에 대해 도 1 내지 도 2를 참조하여 설명하면 다음과 같다.

도 1에 도시된 바와 같이, 누설 동축 케이블(10)은 중심부로부터 내부 도체(1), 절연체(2), 외부 도체(3) 및 외피(4)를 포함하여 구비한다. 여기서, 외부 도체(3)는 길이 방향과 수직을 이루며, 규칙적인 간격으로 이격된 슬롯(3a)을 형성한다. 이때, 슬롯(3a)은 소정 길이를 갖는 장방형의 홈이다.

누설 동축 케이블(10)의 내부 도체(1)와 외부 도체(3) 사이에 신호 발생기(20)를 이용하여 신호 전압을 걸어주면, 슬롯(3a)을 통해서 전자기파(Electromagnetic Wave)가 방사(Radiation)되는데, 도 2를 참조하여 전자기파의 방사 패턴(Radiation Pattern)을 설명하면 다음과 같다.

도 2에 도시된 바와 같이, 누설 동축 케이블(10)은 슬롯(3a)의 규칙적인 간격, 즉 슬롯간 피치(p)에 의해 소정 각도(θ = 0°~ -90°)로 전계 필드가 형성된 다. 이때, 전계 필드에 의한 전자기파의 각(θ)이 제로(Zero)에 근접할수록, 단일 모드(Fundamental Mode)의 전자기파를 방사하고, 전계 변동이 없으며, 각 슬롯(3a)에서 방사되는 전자기파의 간섭도 없어 최대의 효율을 얻을 수 있다.

그러나, 전술한 종래의 누설 동축 케이블(RFCX)에서 슬롯간의 피치에 따른 방사 각도의 산출은 가능하였으나, 방사 각도에 따른 최고 효율의 이득(Gain)을 내는 주파수 대역은 산출할 수 없었다. 구체적으로, 슬롯간의 피치에 따른 전계 벡터에 의한 전자기파의 방사 각도가 0°를 넘어서는 경우, 2차 고조파 모드 내지 N차 고조파 모드에 의한 상호 간섭이 많아져 누설 동축 케이블의 길이 방향 주위에 소망하는 효율로 전자기파를 방사시킬 수 없다. 즉, 신호 왜곡이 많아지게 되어 효율이 악화되는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 고려하여 창안된 것으로서, 누설 동축 케이블의 슬롯 피치에 따라 다른 각도로 방사되는 전자기파가 특정 주파수 대역에서 신호 간섭이 없는 단일 빔으로 방사될 수 있도록 하는 단일 방사형 누설 동축 케이블을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 단일 방사형 누설 동축 케이블은, 신호 전압의 인가에 의해 소정 주파수 대역의 전자기파가 소정 각도로 방사되는 누설 동축 케이블에 있어서, 내부 도체; 상기 내부 도체를 중심선으로 컴팩트(Compact)하게 둘러싸는 유전체; 및 상기 유전체를 컴팩트하게 둘러싸고, 내부 도체의 중심선을 따라 유전체를 노출시키는 방사 슬롯(Radiation Slot)이 동일 형상의 등간격으로 다수 배열된 외부 도체;를 포함하고, 상기 전자기파의 주파수 대역(X) 및 방사 각도(Y)가 다음의 수학식을 만족하는 것을 특징으로 한다.

수학식

바람직하게, 상기 방사 슬롯은 중심선과 수직한 소정 길이를 갖는 장방형(長方形) 또는 정방형(正方形)의 사각홈이다.

본 발명에 있어서, 상기 방사 각도는 방사 슬롯간의 등간격(Pitch)에 의해 결정된다.

바람직하게, 상기 방사 각도(Y)는 중심선과 수직(Y=0) 내지 수평(Y=-90)을 이룬다.

본 발명에 따르면, 상기 전자기파는 정해진 주파수 대역에서 단일 빔으로 방사된다.

바람직하게, 상기 외부 도체를 피복하는 외피;를 더 포함한다.

이하 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따러서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

본 발명의 실시예에서, 전자기파(Electromagnetic Wave)는 전계(Electric Field) 및 자계(Magnetic Field)의 상호 작용에 의하여 파동(Wave)이 진행하는 방향에 따른 전파로 정의된다.

또한, 본 발명의 실시예에서, 단일형(Fundamental Radiated Mode) 즉, 단일 모드는 2차 고조파 모드 내지 N차 고조파 모드에 의한 신호 왜곡이 없는 기본 모드로 정의된다. 아울러, 단일 방사형(Fundamental Radiated Mode)은 기본 모드에 의해 방사되는 전자기파의 방사 형태로 정의된다.

아울러, 본 발명에 따른 방사 각도는 방사 슬롯간 간격(Pitch)에 의해 결정되며, 그 간격에 따른 방사 각도(0°내지 -90°)는 공지의 기술이므로 상세한 설명은 생략한다.

본 발명에 따른 누설 동축 케이블은 전자기파를 대기 중으로 방사(Radiation)할 수 있는 구조이며, 도 3을 참조로 누설 동축 케이블의 구조를 설명하면 다음과 같다.

도 3에 도시된 바와 같이, 상기 누설 동축 케이블(100)은 내부 도체(110), 상기 내부 도체(110)를 중심선으로 컴팩트(Compact)하게 둘러싸는 유전체(120), 상기 유전체(120)를 컴팩트하게 둘러싸는 외부 도체(130), 상기 외부 도체(130)에 형 성된 방사 슬롯(130a) 및 상기 외부 도체(130)를 컴팩트하게 둘러싸는 외피(140)로 구성된다. 이때, 상기 유전체(120), 외부 도체(130) 및 외피(140)는 내부 도체(110)에 순차적으로 동심원을 이루며 적층된다.

상기 내부 도체(110)는 도전성있는 금속 소재의 도선이다. 상기 금속 소재로는 동관, 연동선 또는 동복 알루미늄선이 선택적으로 채택될 수 있으며, 상기 누설 동축 케이블(100)에 송ㆍ수신된 전자기파 에너지의 전송로(Transmission Line)이다.

상기 유전체(120)는 내부 도체(110)와 외부 도체(120) 간에 개재된 유전층으로 내ㆍ외부 도체(110, 130) 간을 절연하고, 상기 전자기파 에너지의 손실을 방지하는 유전 물질로 이루어져 있다. 상기 유전 물질로는 발포 플라스틱 또는 플라스틱 복합 절연물이 선택적으로 채택된다.

상기 외부 도체(130)는 도전성있는 금속 소재의 전자기파 차폐층으로 접지선에 의해 접지(Earth)된다. 상기 금속 소재로는 동관이 채택될 수 있다.

상기 외피(140)는 외부 도체(130)의 부식을 방지하기 위한 플라스틱 소재의 부식 방지층이다.

이때, 상기 외부 도체(130)에는 다수의 방사 슬롯(130a)이 형성되어 유전체(120)의 일부가 중심선을 따라 규칙적으로 노출될 수 있도록 하며, 노출된 방사 슬롯(130a)을 통해 전자기파 에너지가 방사 및 흡수될 수 있도록 한다.

구체적으로 설명하면, 상기 다수의 방사 슬롯(130a)은 중심선을 따라 동일 형상의 등간격으로 외부 도체(130)에 형성되며, 상기 중심선과 수직하게 소정 길이 를 갖는 정방형(正方形) 또는 장방형(長方形)의 사각홈으로 이루어진다.

전술한 구성의 누설 동축 케이블의 입력단에 신호 발생기를 이용하여 신호 전압을 인가하면, 슬롯간 등간격(P)에 의해 결정된 방사 각도로 주빔 즉, 전자기파가 방사 슬롯을 통해 방사되는데, 도 4를 참조로 설명하면 다음과 같다.

도 4에 도시된 바와 같이, 상기 신호 발생기(200)의 신호 전압에 의해 누설 동축 케이블(100)의 내부 도체(110) 및 외부 도체(130)에 전류가 흐르고, 상기 전류는 외부 도체(130)에 등간격으로 다수 형성된 방사 슬롯(131a)에 의해 전류 분포 상태가 변화하게 된다.

여기서, 상기 방사 슬롯(131a) 주변에 전계(E)가 형성된다. 구체적으로, 상기 신호 전압에 의한 전류 에너지가 전계 에너지로 변환되어 소정 등간격으로 형성된 방사 슬롯(131a)을 통해 전자기파, 즉 주빔(Main Beam)이 대기로 방사된다. 여기서, 상기 주빔의 방사 각도(Y)는 중심선과 수직을 이루며 'Y=0'를 만족할 때, 상기 방사 슬롯(131a)을 통해 신호 왜곡이 없는 단일 모드의 전자기파가 방사된다. 이때, 상기 신호 전압에 의해 인가되는 특정 주파수 대역은 1GHz까지이다. 즉, 'Y=0' 인 방사 각도에서 1GHz의 특정 주파수 대역이 단일 모드로 방사된다.

전술한 실시예에서 방사 각도(Y)는 'Y=0', 주파수 대역은 1GHz를 만족한다. 이때, 상기 방사 각도(Y)가 누설 동축 케이블의 슬롯 간격에 의해 'Y＜0'의 방사 각도로 될 경우, 기본 모드 이외의 2차 내지 N차 고조파 모드가 발생되지 않는 주파수 대역이 존재하는데, 표 1 및 도 6을 참조로 설명하면 다음과 같다.

주파수(MHz)	600	700	800	900	1000
주빔방사각도(°)	-50	-34	-22	-12	-4

특정 주파수 대역이 신호 발생기에 의해 인가되어야 한다. 예컨대, 800MHz의 주파수 대역을 인가시 신호 왜곡이 없는 단일 모드의 전자기파가 누설 동축 케이블의 방사 슬롯을 통해서 -22°로 방사된다.

또 다른 실시예로, 상기 표 1에서 방사 슬롯을 통해 -50°의 방사 각도로 방사되는 주빔 즉, 전자기파를 도 5를 참조하여 설명하면 다음과 같다.

도 5에 도시된 바와 같이, 상기 방사 슬롯(132a)의 등간격에 따른 전계 벡터(E)가 형성되고, 상기 전계 벡터(E)에 의해 전자기파는 -50°의 각도로 외부 대기에 방사된다. 이때, 신호 전압(200)에 의해 인가되는 주파수 대역은 600MHz이다. 즉, 상기 방사 각도가 -50°일 경우, 600MHz의 주파수 대역에서 신호 왜곡없이 외부 대기로 단일 모드의 전자기파가 방사된다.

전술한 표 1의 결과에 따른 방사 각도(Y) 및 주파수 대역(X)은 도 6에 도시된 바와 같이 그래프로 도시될 수 있으며, 상기 그래프에 따른 방사 각도(Y) 및 주파수 대역(X)의 상관 관계를 수식화할 수 있다. 여기서, 상기 상관 관계는 다음의 수학식 1을 만족한다.

상기 수학식 1을 이용하여 방사 슬롯의 등간격에 따라 결정되는 방사 각도(Y)에서 단일 모드의 전자기파를 방사할 수 있는 특정 주파수 대역(X)을 용이하게 산출할 수 있다. 한편, 상기 특정 주파수 대역(X)의 단일 모드 전자기파를 외부에 방사할 수 있는 누설 동축 케이블의 방사 각도(Y)를 용이하게 설계할 수 있다.

전술한 바와 같이, 본 발명에 따른 누설 동축 케이블은 방사 슬롯의 등간격에 따라 결정되는 방사 각도에서 특정 주파수 대역의 주파수를 단일 모드로 방사할 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 누설 동축 케이블로 방사 손실 및 신호 왜곡이 없는 전자기파를 장거리로 전송할 수 있음은 자명하다.

이상에서 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술 사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 누설 동축 케이블의 슬롯 피치에 따른 방사 각도와 특정 주파수 대역의 상관 관계를 산술화함으로써, 누설 동축 케이블의 슬롯 피치 및 방사 각도에 따른 특정 주파수 대역의 전자기파가 신호 왜곡이 없는 단일 모드로 방사될 수 있도록 한다.

또한, 본 발명은 특정 주파수 대역의 전자기파를 효율적으로 방사함으로써, 무선 통신이 곤란한 지역에서 특정 주파수 대역을 이용한 양 방향 광대역 통신이 가능하다.

Claims (6)

1. 신호 전압의 인가에 의해 소정 주파수 대역의 전자기파가 소정 각도로 방사되는 누설 동축 케이블에 있어서,

   내부 도체;

   상기 내부 도체를 중심선으로 컴팩트(Compact)하게 둘러싸는 유전체; 및

   상기 유전체를 컴팩트하게 둘러싸고, 내부 도체의 중심선을 따라 유전체를 노출시키는 방사 슬롯(Radiation Slot)이 동일 형상의 등간격으로 다수 배열된 외부 도체;를 포함하고,

   상기 전자기파의 주파수 대역(X) 및 방사 각도(Y)가 다음의 수학식을 만족하는 것을 특징으로 하는 단일 빔 방사형 누설 동축 케이블.

   수학식

   
2. 제1항에 있어서,

   상기 방사 슬롯은 중심선과 수직한 소정 길이를 갖는 장방형(長方形) 또는 정방형(正方形)의 사각홈인 것을 특징으로 하는 단일 빔 방사형 누설 동축 케이블.
3. 상기 방사 각도는 방사 슬롯간의 등간격(Pitch)에 의해 결정되는 것을 특징 으로 하는 단일 빔 방사형 누설 동축 케이블.
4. 제1항 또는 제3항에 있어서,

   상기 방사 각도(Y)는 중심선과 수직(Y=0) 내지 수평(Y=-90)을 이루는 것을 특징으로 하는 단일 빔 방사형 누설 동축 케이블.
5. 제1항에 있어서,

   상기 전자기파는 단일 모드로 방사되는 것을 특징으로 하는 단일 빔 방사형 누설 동축 케이블.
6. 제1항에 있어서,

   상기 외부 도체를 피복하는 외피;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 단일 빔 방사형 누설 동축 케이블.

Images