KR20110114245A

KR20110114245A - 반사벽을 구비한 전파무향실

Info

Publication number: KR20110114245A
Application number: KR1020100033781A
Authority: KR
Inventors: 표성민; 김영식
Original assignee: 고려대학교 산학협력단
Priority date: 2010-04-13
Filing date: 2010-04-13
Publication date: 2011-10-19

Abstract

본 발명은 전파무향실에 관한 것으로, 특히 전파흡수체 전방에 반사벽을 배치하여 전파흡수체로부터 반사되어 되돌아오는 전파를 전반사 시킴으로써, 저주파대역에서 반사율을 향상시키고, 저주파대역에서 정밀한 측정결과를 얻을 수 있는 반사벽을 구비한 전파무향실에 관한 것이다.
본 발명인 반사벽을 구비한 전파무향실을 이루는 구성수단은, 상기 전파무향실의 각 내부면에 부착되는 전파흡수체와, 상기 전파흡수체로부터 반사되어 되돌아오는 불필요 전파를 반사시키기 위하여 상기 전파흡수체의 전방에 배치되는 반사벽을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

Description

반사벽을 구비한 전파무향실{anechoic chamber having reflecting walls}

본 발명은 전파무향실에 관한 것으로, 특히 전파흡수체 전방에 반사벽을 배치하여 전파흡수체로부터 반사되어 되돌아오는 전파를 전반사 시킴으로써, 저주파대역에서 반사율을 향상시키고, 저주파대역에서 정밀한 측정결과를 얻을 수 있는 반사벽을 구비한 전파무향실에 관한 것이다.

EMI/EMC 및 각종 통신시스템에 응용되는 안테나 수요 증가로 인해, 안테나의 전기적 특성을 측정하는 전파무향실(anechoic chamber)의 설비구축은 점차 그 중요성이 확대되고 있다. 전파무향실은 사용목적에 따라 동작주파수가 결정되고, 결정된 주파수에 의해 무향실 크기가 결정되어 시공된다.

그러나 한번 시공된 전파무향실은 내부에 설치된 흡수체의 주파수특성으로 인하여, 전파무향실의 측정주파수는 동작범위를 가지게 된다. 즉, 종래에는 전파무향실의 동작대역 이외에서 안테나의 성능을 측정할 수 없기 때문에 동작대역 이외의 안테나의 성능을 측정하기 위해서는 기존의 설치된 흡수체를 폐기하고 재설치를 하거나, 저주파대역에 적합한 전파무향실을 새로 설치해야 한다.

한편, 전파무향실에서 저주파대역의 반사율을 개선하기 위한 종래의 방법으로는 피라미드 흡수체의 반사율을 개선시키는 방법이 있다[J.-R. J. Gau, W. D. Burnside, and M. Cilreath, "Chebyshev multilevel absorber design concept," IEEE Trans. Antennas and Propagation, vol. 45, no. 8, pp. 1286-1293, Aug. 1997., K. L. ford and B. Chambers, "Application of impedance loading to geometric transition radar absorbent material," IEEE Trans. Electromagnetic Compatibility, vol. 49, no. 2, pp. 339-345, May 2007., K. L. ford and B. Chambers, "Improvement in the low frequency performance of geometric transition radar absorber using square loop impedance layers," IEEE Trans. Antennas and Propagation, vol. 56, no. 1, pp. 133-141, Jan 2007., D.-U. Sim, J.-H. Kwon, S.-I. Kwak, and J.-H. Yun (ETRI), "Design and analysis of novel broadband EM wave absorber based on lossy EBG surface," Vehicular Technology Conference, 2008. VTC 2008-Fall. IEEE 68th, 21-24 Sept. 2008 Page(s):1 - 4.].

또한, 전파무향실의 구조를 변형하여 전파무향실에서 저주파대역의 반사율을 개선하는 방법도 있다[K.-h. Lee, C.-C. Chen. and R. Lee, "Novel dual-polarized tapered-chamber feed design concepts," Antennas and Propagation Magazine, IEEE, vol. 47, no. 4, pp. 214 - 218, Aug. 2005., B. Lawrence, and V. Rodriguez, " Design of a facility for measuring antenna patterns from 400 MHz to 40 GHz," Personal, Indoor and Mobile Radio Communications, 2004. PIMRC 2004. 15th IEEE International Symposium on, Volume 4, 5-8 Sept. 2004, pp. 2750 - 2756.].

상기와 같은 종래 기술은 모두 피라미드 흡수체의 저주파대역에서 반사율을 개선시키기 위한 방법에 국한될 뿐만 아니라, 저주파 이외의 대역에서는 반사율이 나빠지는 단점을 가지고 있다.

그리고, 한번 설계가 완료되어 제작되면, 피라미드 흡수체의 특성을 조절할 수 없어 전파무향실의 전기적인 특성, 즉 동작주파수 대역은 고정된 상태로 유지된다. 즉, 전파무향실은 결국 피라미드 흡수체의 특성에 의해서 결정되므로, 전파무향실을 제작할 때 동작주파수, 크기 및 흡수체의 종류에 의존적이다.

전파무향실은 많은 수의 여섯 개의 면으로 구성된 공간에 수많은 양의 흡수체가 필요하므로, 필요한 주파수에 맞추어 전파무향실을 제작하는 것은 그 제작비용에 관한 비용 손실은 매우 막대하다. 뿐만 아니라, 이미 언급했듯이, 한번 제작된 전파무향실은 모든 흡수체를 파기하고 저주파에서 동작하는 흡수체로 대체하지 않으면, 저주파대역에서 기존의 전파무향실은 정확한 측정결과를 도출할 수 없기 때문에 사용할 수 없게 된다.

따라서, 전기적 특성이 고정된 전파무향실에서 저주파대역에서 정확한 측정이 필요할 때, 필요와 목적에 맞는 전파무향실을 구현하는 방법이 매우 필요한 실정에 있다.

상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 창안된 본 발명은, 전파흡수체 전방에 반사벽을 배치하여 전파흡수체로부터 반사되어 되돌아오는 전파를 전반사 시킴으로써, 저주파대역에서 반사율을 향상시키고, 저주파대역에서 정밀한 측정결과를 얻을 수 있는 반사벽을 구비한 전파무향실을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

상기와 같은 과제를 해결하기 위하여 제안된 본 발명인 반사벽을 구비한 전파무향실을 이루는 구성수단은, 상기 전파무향실의 각 내부면에 부착되는 전파흡수체와, 상기 전파흡수체로부터 반사되어 되돌아오는 불필요 전파를 반사시키기 위하여 상기 전파흡수체의 전방에 배치되는 반사벽을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 반사벽의 양면 중, 상기 전파흡수체를 향하는 반사면은 상기 전파흡수체로부터 오는 전파를 전반사시키고, 상기 반사면의 반대쪽 면에 해당하는 투과면은 입사되는 전파를 투과시키며, 상기 반사벽은 상기 투과되는 전파의 크기를 감소시키는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 반사벽은 상기 전파무향실의 내부면들 중 적어도 하나의 내부면에 대향하도록 배치되되, 상기 내부면과 평행하게 배치되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 반사벽은 상기 전파무향실의 내부면들 중 적어도 하나의 내부면에 대향하도록 배치되되, 각도 조절이 가능하도록 배치되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 전파무향실의 저주파 동작 주파수대역에서의 반사율은 상기 반사벽의 개수, 두께 및 크기가 커질수록 증가하는 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 과제 및 해결수단을 가진 본 발명인 반사벽를 구비한 전파무향실에 의하면, 전파흡수체 전방에 반사벽을 배치하여 전파흡수체로부터 반사되어 되돌아오는 전파를 전반사 시키기 때문에, 저주파대역에서 반사율을 향상시키고, 저주파대역에서 정밀한 측정결과를 얻을 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 의하면, 종래 전파무향실 내부에 설치된 흡수체의 변형 없이, 전파무향실 내부에 전자파 반사벽을 설치하여 전파무향실의 저주파대역 반사율 개선할 수 있기 때문에, 기존의 전파무향실에서 측정할 수 없는 저주파대역에서 측정이 필요할 때, 주파수대역에 적합한 전자파 반사벽을 필요한 벽면 전방에 임시로 설치하여 정확한 측정결과를 도출할 수 있는 장점이 있다.

또한, 측정이 필요할 때에, 전자파 반사벽을 설치하고, 필요한 측정이 끝난 뒤, 전자파 반사벽을 제거함으로써, 전파무향실의 전기적인 특성을 조절할 수 있는 장점이 있다.

도 1은 종래의 전파무향실의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 전파무향실의 단면도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 전파무향실의 투명 사시도이다.
도 4는 본 발명에 적용되는 반사벽의 특성을 설명하기 위한 예시도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 상기와 같은 과제, 해결수단 및 효과를 가지는 본 발명인 반사벽을 구비한 전파무향실에 관한 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명이 적용될 수 있는 전파무향실의 단면도를 보여준다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명이 적용되는 전파무향실(100)은 내부 공간을 형성하는 전파무향실의 벽(10)과, 상기 전파무향실(100)의 벽(10) 내부면에 부착되는 전파흡수체(20)를 포함하여 구성된다.

상기 전파무향실의 벽(10)은 전파무향실의 구조에 따라 다양하게 변경된다. 즉, 상기 전파무향실(100)이 육각형으로 형성되는 경우에, 상기 전파무향실의 벽(10)은 6개로 구성되어 상기 육각형의 전파무향실(100)을 형성한다.

상기 전파무향실(100)에서 안테나의 전기적 특성을 측정하고자 하는 경우, 실제 측정하고자 하는 전파는 송신 안테나에서 수신안테나로 직진하는 전파(도 1에서 ①로 표시)이다. 그러나, 전파는 직진 방향으로만 이동되는 것이 아니라 전파흡수체(20)를 향하여 이동할 수 있다.

이러한 직진 방향 이외의 방향으로 이동하는 전파(오차를 발생시키는 불필요 전파, 도 1에서 ② 및 ③으로 표시)는 다양한 반사를 일으키며 측정 결과의 오차를 발생시킨다. 특히, 전파흡수체의 크기에 따라 의존적이지만, 주파수가 낮아지고, 파장이 길어질수록 상기 오차를 발생시키는 불필요 전파는 증가한다.

따라서, 상기 오차를 발생시키는 불필요 전파를 기하급수적으로 감소시킬 필요가 있고, 이를 해결하기 위하여 본 발명에서는 상기 전파흡수체(20)로부터 반사되어 되돌아오는 불필요한 전파를 반사시켜 안테나로 입력되지 않도록 하기 위하여 상기 전파흡수체(20)의 전방에 반사벽(30)을 배치한다. 이와 같이, 상기 전파흡수체(20) 전방에 반사벽(30)을 설치하여 상기 오차를 발생시키는 불필요 전파가 수신 안테나로 입력되지 않고 모두 흡수될 수 있도록 한다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 반사벽(30)을 구비한 전파무향실(100)의 내부에 설치되는 전파흡수체(20)와 반사벽(30)이 배치된 상태를 보여주는 단면도이고, 도 3은 전파무향실(100)에 반사벽(30)이 배치된 일예를 보여주는 투명 사시도이다.

도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 반사벽(30)은 상기 전파무향실(100) 내부 소정 위치에 배치되되, 상기 전파흡수체(20)의 전방에 배치된다. 상기 반사벽(30)이 상기 전파흡수체(20)의 전방에 배치되는 이유는 상기 전파흡수체(20)에서 반사된 전파가 상기 반사벽(30)에 모두 반사되어 상기 전파흡수체(20)로 전파가 다시 되돌아가도록 하기 위함이다.

상기 반사체(30)의 모양은 사각형이 될 수도 있고, 삼각형이 될 수도 있으며, 원형이 될 수도 있다. 즉, 상기 전파흡수체(20)로부터 되돌아오는 전파를 반사시킬 수 있는 성질만 가진다면, 그 모양은 다양하게 형성될 수 있다.

한편, 상기 반사벽(30)은 상기 전파무향실(100)의 내부에서 상기 전파흡수체(20)의 전방에만 설치될 수 있다면, 그 설치 방법은 다양하게 변경될 수 있다. 예를 들어, 전파무향실 내의 상부쪽에 상기 반사벽(30)을 설치하는 경우에는 상기 전파무향실(100)의 벽(10) 중, 상부벽에 이동 가능한 클램핑 수단(미도시)을 설치하고, 상기 반사벽(30)의 네 모서리를 상기 클램핑 수단이 잡아서 설치할 수 있다.

또한, 전파무향실 내의 측면부쪽에 상기 반사벽(30)을 설치하는 경우에는 전파무향실(100)의 벽(10) 중, 상부벽에 이동가능한 클램핑 수단(미도시)을 설치하고, 상기 반사벽의 두 모서리를 상기 클램핑 수단이 잡고, 더불어 하부벽(10)에 이동 가능한 지지수단(미도시)을 설치하여 상기 반사벽의 아랫 방향 두 모서리를 지탱함으로써 배치시킬 수 있다.

또한, 전파무향실 내의 하부쪽에 상기 반사벽을 설치하는 경우에는 상기 전파무향실의 벽(10) 중, 하부벽에 지지대(미도시)를 설치하여, 상기 반사벽의 네 모서리를 지탱함으로써 배치시킬 수 있다.

이와 같이 전파무향실(100) 내에 설치될 수 있는 상기 반사벽(30)은 전파무향실(100)의 반사율을 개선시켜 정확한 안테나 성능을 측정할 수 있도록 해야 하기 때문에, 반사벽의 구조상 특징을 가지고 있다.

도 4는 본 발명에 적용되는 반사벽(30)의 특징을 설명하기 위한 예시도이다. 도 4의 (a)에 도시된 바와 같이, 반사벽이 전파무향실에 배치되지 않는 경우에, 전파흡수체(20)로부터 반사되어 되돌아오는 전파는 전파무향실 내의 안테나로 입력될 수 있기 때문에, 불필요한 전파에 의한 측정 오차가 발생할 수 있다.

따라서, 도 4의 (b)에 도시된 바와 같이, 본 발명은 상기 반사벽(30)을 상기 전파흡수체(20) 전방에 배치한다. 상기 반사벽(30)은 일정한 두께를 가지고 있고, 두 개의 넓은 면을 가지고 있다. 즉, 상기 전파흡수체(20)를 향하고 있는 반사면(33)과 상기 반사면(33)의 반대쪽 면인 투과면(31)을 가지고 있다.

따라서, 상기 반사벽(30)의 양면 중, 상기 전파흡수체(20)를 향하는 반사면(33)은 도 4의 (b)에 도시된 바와 같이, 상기 전파흡수체(20)로부터 오는 전파를 전반사 시킬 수 있도록 형성된다. 또한, 상기 반사면(33)의 반대쪽 면에 해당하는 투과면(31)은 입사되는 전파를 모두 투과시키도록 형성된다.

한편, 상기 투과면(31)을 통과하는 전파는 투과하는 과정에서 크기가 감소된다. 즉, 상기 반사벽(30)은 상기 투과되는 전파의 크기를 감소시켜 상기 전파흡수체(20)로 전파가 전달될 수 있도록 한다.

따라서, 상기 전파흡수체(20)로 향하여 오차를 발생시키는 불필요 전파는 반사판(30)의 배치 상황에 따라, 직접 상기 전파흡수체(20)로 이동할 수도 있고, 상기 반사벽(30)을 통과하여 상기 전파흡수체(20)로 이동할 수도 있다.

상기 오차를 발생시키는 불필요 전파가 상기 반사벽(30)을 거치지 않고 직접 상기 전파흡수체(20)로 이동하는 하는 경우에는, 대부분의 전파는 상기 전파흡수체(20)에 흡수되고, 일부는 상기 전파흡수체(20)로 반사되어 되돌아올 것이다. 이 되돌아오는 전파는 안테나로 입력되지 못하고 상기 전파흡수체(20) 전방에 배치되어 있는 반사벽(30)에 전반사되어 다시 전파흡수체(20)로 이동되어 대부분 흡수된다.

이와 같은 과정을 반복하면서 상기 오차를 발생시키는 불필요전파는 상기 전파흡수체(20)에 모두 흡수되어 안테나 측정 오차를 대폭 줄일 수 있다. 즉, 반사율을 대폭 개선하여 측정의 정확도를 높일 수 있다.

한편, 상기 오차를 발생시키는 불필요 전파가 상기 반사벽(30)으로 향하는 경우에, 상기 불필요 전파는 상기 반사벽(30)의 투과면(31)을 통하여 대부분 투과되고, 투과되는 과정에서 크기가 매우 감소하게 된다. 이 크기가 감소된 상태로 상기 반사벽(30)을 투과한 상기 불필요 전파는 상기 전파흡수체(20)에 입력되어 대부분 흡수되고, 일부는 반사된다.

상기 전파흡수체(20)에 반사된 상기 불필요 전파는 안테나로 입력되지 못하고 상기 전파흡수체(20) 전방에 배치된 반사벽(30)의 반사면(33)을 통하여 전반사된다. 상기 전반사되는 전파는 다시 전파흡수체(20)로 이동하여 대부분 흡수되고, 일부는 다시 반사된다. 이 재차 반사된 전파는 상술한 과정을 통하여 지속적으로 상기 반사벽(30)의 반사면(33)을 통하여 전반사된다.

결과적으로, 이와 같은 과정을 통하여 오차를 발생시키는 불필요 전파는 안테나에 입력되지 못하고, 상기 전파흡수체(20)에 모두 흡수되어 측정 오차를 발생시키지 못한다. 즉, 반사율이 대폭 개선되어 측정의 정확도가 대폭 향상될 수 있다.

상기 반사벽(30)은 투과면(31)을 통하여 입사되는 불필요 전파를 모두 투과시키고, 반사벽(33)을 통하여 전파흡수체(20)로부터 반사되어 되돌아오는 전파를 모두 전반사시키는 특징을 가진다.

상기와 같은 투과면(31) 및 반사면(33)을 가지는 반사벽(30)은 FSS(Frequency Selective Surface)를 이용하여 구성할 수 있다. 즉, 플라스틱 기판(유전체 기판) 위에 임의의 금속 패턴을 올려서 형성되는 FSS 구조를 이용하여 상기 투과면(31) 및 반사면(33)을 가지는 반사벽(30)을 구성할 수 있다.

상기 박사벽(30)을 구성할 수 있는 FSS 구조 이외에 금속 패턴으로 형성할 수 있는 EBG(Electromagnetic band-gap), Photonic crystal, UC-EBG(Uniplanar Compact Electromagnetic band-gap) 등의 구조를 이용해서도 상기 반사벽(30)을 구성할 수 있다.

상기와 같은 반사벽(30)은 상기 전파무향실(100)의 내부에 배치되는데, 그 개수는 다양하게 변경시킬 수 있다. 즉, 상기 반사벽(30)은 상기 전파무향실(100)의 내부면(벽(10)의 면)들 중, 적어도 하나의 내부면에 대향하도록 배치시킬 수 있다.

예를 들어, 상기 전파무향실(100)의 육각형 모양을 가지고 있다면, 상기 6개의 내부면들 중, 적어도 하나의 내부면에 대향하도록 배치할 수 있기 때문에, 최소 하나의 내부면에 배치할 수도 있고, 6개의 내부면 모두에 대향하도록 배치할 수도 있다.

이 때, 상기 반사벽(30)은 상기 전파무향실(100)의 내부면과 팽행하도록 배치된다. 즉, 도 3에 도시된 바와 같이, 6개의 내부면들 중, 네 개의 내부면에 상기 반사벽(30)을 배치시키는 경우, 각 내부면에 평행하도록 상기 반사벽(30)을 배치시킨다.

한편, 반사율 개선을 더 효율적으로 향상시키기 위하여 상기 반사벽(30)이 소정의 각도로 기울어지게 형성시킬 수도 있다. 즉, 상기 반사벽(30)은 상기 전파무향실(100)의 내부면들 중 적어도 하나의 내부면에 대향하도록 배치되되, 각도 조절이 가능하도록 배치시킬 수 있다.

상기 각도 조절이 가능하도록 배치되는 상기 반사벽(30)은 다양하게 구성할 수 있다. 예를 들면, 상기 반사벽(30)을 잡아주는 클램핑 수단 또는 지지수단들 중, 일부의 높이를 조절하여 상기 반사벽(30)의 각도를 조정할 수 있다.

이상에서 설명한 반사벽(30)을 상기 전파무향실(100) 내부에 배치함으로써, 전파무향실의 저주파 동작 주파수대역에서의 반사율을 높일 수 있다. 반사율의 향상은 반사벽의 배치 구조, 크기, 각도 등을 조절하여 변경시킬 수 있다. 다만, 본 발명에 따른 상기 전파무향실의 저주파 동작 주파수대역에서의 반사율은 상기 반사벽(30)의 개수, 두께 및 크기가 커질수록 증가한다.

이상에서 설명한 본 발명은 종래 전파무향실실 내부에 설치되는 전파흡수체 변형 없이, 육면체 등으로 이루어진 전파무향실 내부에 전자파 반사벽을 설치하여 전파무향실의 저주파대역 반사율을 개선할 수 있다.

따라서 전파무향실에서 측정할 수 없는 저주파대역에서 측정이 필요할 때, 주파수대역에 적합한 전자파 반사벽을 필요한 벽면에 임시로 설치하여 정확한 측정결과를 도출할 수 있다.

전자파 반사벽의 특성은 물질 상수, 금속 패턴, 크기 및 두께를 조절하여 다양하게 설계 및 수정이 가능하다. 측정이 필요할 때에, 전자파 반사벽을 설치하고, 필요한 측정이 끝난 뒤, 전자파 반사벽을 제거함으로써, 전파무향실의 전기적인 특성을 조절할 수 있다.

이러한 기술은 각종 전파무향실을 이용하는 국공립연구소, 중소기업연구소 및 안테나, 전자부품 제조업체에 이르기까지 추가비용의 소모 없이, 저주파대역에서의 개선된 반사율을 확보하여, 정확한 측정결과를 도출할 수 있다.

10 : 전파무향실의 벽 20 : 전파흡수체
30 : 반사벽 31 : 반사벽의 투과면
33 : 반사벽의 반사면 100 : 전파무향실

Claims

전파무향실에 관한 것으로,
상기 전파무향실의 각 내부면에 부착되는 전파흡수체와;
상기 전파흡수체로부터 반사되어 되돌아오는 불필요 전파를 반사시키기 위하여 상기 전파흡수체의 전방에 배치되는 반사벽을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 반사벽을 구비한 전파무향실.
청구항 1에 있어서,
상기 반사벽의 양면 중, 상기 전파흡수체를 향하는 반사면은 상기 전파흡수체로부터 오는 전파를 전반사시키고, 상기 반사면의 반대쪽 면에 해당하는 투과면은 입사되는 전파를 투과시키며, 상기 반사벽은 상기 투과되는 전파의 크기를 감소시키는 것을 특징으로 하는 반사벽을 구비한 전파무향실.
청구항 2에 있어서,
상기 반사벽은 상기 전파무향실의 내부면들 중 적어도 하나의 내부면에 대향하도록 배치되되, 상기 내부면과 평행하게 배치되는 것을 특징으로 하는 반사벽을 구비한 전파무향실.
청구항 2에 있어서,
상기 반사벽은 상기 전파무향실의 내부면들 중 적어도 하나의 내부면에 대향하도록 배치되되, 각도 조절이 가능하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 반사벽을 구비한 전파무향실.
청구항 1 내지 청구항 4 중, 어느 한 항에 있어서,
상기 전파무향실의 저주파 동작 주파수대역에서의 반사율은 상기 반사벽의 개수, 두께 및 크기가 커질수록 증가하는 것을 특징으로 하는 반사벽을 구비한 전파무향실.