KR20230149314A - Dc 블록 및 이것을 사용한 플라즈마 발생 장치 - Google Patents

Dc 블록 및 이것을 사용한 플라즈마 발생 장치 Download PDF

Info

Publication number
KR20230149314A
KR20230149314A KR1020237032718A KR20237032718A KR20230149314A KR 20230149314 A KR20230149314 A KR 20230149314A KR 1020237032718 A KR1020237032718 A KR 1020237032718A KR 20237032718 A KR20237032718 A KR 20237032718A KR 20230149314 A KR20230149314 A KR 20230149314A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
frequency power
power transmission
block
plasma
antenna
Prior art date
Application number
KR1020237032718A
Other languages
English (en)
Inventor
히로유키 고이즈미
야스호 아타카
준 아사카와
가즈야 야기누마
유이치 나카가와
고헤이 시마무라
세이 미조지리
Original Assignee
가부시키가이샤 페일블루
고쿠리츠다이가쿠호우진 도쿄다이가쿠
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 가부시키가이샤 페일블루, 고쿠리츠다이가쿠호우진 도쿄다이가쿠 filed Critical 가부시키가이샤 페일블루
Publication of KR20230149314A publication Critical patent/KR20230149314A/ko

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01P—WAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
    • H01P1/00—Auxiliary devices
    • H01P1/20—Frequency-selective devices, e.g. filters
    • H01P1/201—Filters for transverse electromagnetic waves
    • H01P1/203—Strip line filters
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01P—WAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
    • H01P1/00—Auxiliary devices
    • H01P1/20—Frequency-selective devices, e.g. filters
    • H01P1/2007—Filtering devices for biasing networks or DC returns
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01P—WAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
    • H01P1/00—Auxiliary devices
    • H01P1/20—Frequency-selective devices, e.g. filters
    • H01P1/201—Filters for transverse electromagnetic waves
    • H01P1/203—Strip line filters
    • H01P1/20327—Electromagnetic interstage coupling
    • H01P1/20336—Comb or interdigital filters
    • H01P1/20345—Multilayer filters
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01P—WAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
    • H01P1/00—Auxiliary devices
    • H01P1/20—Frequency-selective devices, e.g. filters
    • H01P1/201—Filters for transverse electromagnetic waves
    • H01P1/203—Strip line filters
    • H01P1/20327—Electromagnetic interstage coupling
    • H01P1/20354—Non-comb or non-interdigital filters
    • H01P1/20381—Special shape resonators
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01P—WAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
    • H01P5/00—Coupling devices of the waveguide type
    • H01P5/02—Coupling devices of the waveguide type with invariable factor of coupling
    • H01P5/022—Transitions between lines of the same kind and shape, but with different dimensions
    • H01P5/028—Transitions between lines of the same kind and shape, but with different dimensions between strip lines
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q13/00—Waveguide horns or mouths; Slot antennas; Leaky-waveguide antennas; Equivalent structures causing radiation along the transmission path of a guided wave
    • H01Q13/08—Radiating ends of two-conductor microwave transmission lines, e.g. of coaxial lines, of microstrip lines
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q21/00—Antenna arrays or systems
    • H01Q21/0006—Particular feeding systems
    • H01Q21/0075—Stripline fed arrays
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
    • H05H1/00—Generating plasma; Handling plasma
    • H05H1/24—Generating plasma
    • H05H1/46—Generating plasma using applied electromagnetic fields, e.g. high frequency or microwave energy
    • H05H1/461—Microwave discharges
    • H05H1/463—Microwave discharges using antennas or applicators
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
    • H05H1/00—Generating plasma; Handling plasma
    • H05H1/24—Generating plasma
    • H05H1/46—Generating plasma using applied electromagnetic fields, e.g. high frequency or microwave energy
    • H05H1/4645—Radiofrequency discharges

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Plasma Technology (AREA)

Abstract

2개의 마이크로 스트립라인(101, 102) 상에 각각 형성된 2개의 고주파 전력 전송용 안테나(111, 121)를, 절연 시트(103)를 사이에 두고 대향 배치시킨 구성으로 하고, 마이크로 스트립라인(101, 102) 상에 고주파 전력 전송용 안테나(111, 121)를 형성함으로써 고주파 전력의 전송을 실현함으로써, 동축 선로 형상 또는 도파관 형상을 사용한 종래로 DC 블록에 비교하여 소형화 가능하도록 하고 또한 절연 시트(103)에 의해 고전압 직류 전력을 차단하면서, 고주파 전력만을 고효율로 투과시킬 수 있도록 한다.

Description

DC 블록 및 이것을 사용한 플라즈마 발생 장치
본 발명은, 고주파 전력을 투과하고 직류 전력을 컷하는 DC 블록 및 이것을 사용한 플라즈마 발생 장치에 관한 것이다.
종래, 고주파 신호에 직류(DC)가 흐르는 것을 저지하기 위한 장치로서 DC 블록이 알려져 있고, 다양한 기술분야에서 이용되고 있다. 그 일례로서, 우주선용 엔진에 대한 응용이 있다. 우주선용 엔진 중에는, 전기를 이용하여 추진제를 배출하는 종류가 있으며, 전기 추진 로켓으로 불리운다. 대표적인 전기 추진 로켓은, 추진제를 전리(電離)시켜서 플라즈마를 생성하기 위한 방전 기구와, 이 플라즈마를 가속하기 위한 가속 기구를 가진다.
여기서, 플라즈마를 생성하는 용기인 플라즈마 생성실에 대하여, 플라즈마를 생성할 때의 고주파 방전에서 사용되는 고주파 전력과, 생성된 플라즈마의 가속에 필요한 고전압의 직류 전력을 전송할 필요가 있다. 이 고주파 전력과 직류 전력의 간섭을 차단하는 장치가 DC 블록이며, 고주파 전력의 전송 선로에 배치되어, 고주파 전력만을 투과하고 직류 전력을 차단한다. 즉, 플라즈마 생성용의 고주파 전력과 플라즈마 가속용의 고전압의 직류 전력을 분리하는 장치로서, DC 블록이 이용된다.
또한, 플라즈마 생성실의 내부에 있어서 플라즈마와 접하는 복수의 벽면에 직류 전압을 인가함으로써, 플라즈마의 가속 성능을 향상 가능한 것으로 알려져 있다(예를 들면, 비특허문헌 1 참조). 이 비특허문헌 1에는, 플라즈마 생성실의 내부에 고주파 전력을 발진(發振)하기 위한 안테나에 대하여 전압을 인가함으로써, 특히 현저한 성능 향상을 야기하는 것이 개시되어 있다. 안테나에 전압을 인가하는 방법으로서, 마이크로파의 전송로에 T자의 개소를 설치하고, 심선(芯線)만을 꺼내서 전압을 인가하는 방법이 개시되어 있다.
그리고, 상이한 평면 상에 형성된 오픈 링형의 2개의 공진기를 대향 배치시키고, 직류 전력 또는 저주파 신호를 송전 가능하게 하고 또한, 공진기끼리 전자(電磁) 결합시켜서 고주파 신호를 전송시키는 것을 가능하게 한 고주파 신호 장치가 알려져 있다(예를 들면, 특허문헌 1 참조). 이 특허문헌 1에는, 절연체에 의해 구성되는 스페이서판을 사이에 두고 2개의 공진기를 대향 배치시키는 것도 개시되어 있다.
일본공개특허 제2009-246810호 공보
「1W급 물이온 추진의 내부 정자장 및 방전실 내면 전위가 추진제 이용 효율에 미치는 영향의 실험적 평가」 (아타카(安宅) 야스호(泰穗), 나카가와(中川) 유이치(悠一), 고이즈미(小泉) 히로유키(宏之), 코무라사키(小紫) 키미야(公也) JSASS 제50기 연회 강연회 강연집 2019년 4월 18일∼19일)
DC 블록은, 우주선용 엔진 이외의 지상의 기술분야에서의 고주파 전력의 사용에 있어서도 많이 필요하지만, 이들 용도는, 고주파 저전력(1∼100W)과 직류 저전압(1∼100V)의 조합이거나, 고주파량 전력(100∼10000W)과 직류 고전압(1∼10kV)의 조합으로 한정되는 경우가 많다. 또한, 일반적으로 후자의 DC 블록은 대형 기기이다.
이에 비해, 우주기기인 전기 추진 로켓에 사용되는 DC 블록에서는, 고주파 저전력(1∼100W)과 직류 고전압(1∼10kV)의 조합이 요구되며, 또한, 대폭적인 소형화가 요구되고 있다. 특히 소형 우주선용 엔진에 적용할 경우에는, 대폭적인 소형화가 요구된다. 그러나, 동축(同軸) 선로 형상 또는 도파관(導波管) 형상을 사용하여 구성된 종래의 DC 블록에서는, 이와 같은 고주파 저전력-직류 고전압 및 초소형 사이즈를 실현하지 못하고 있다.
동축형의 DC 블록의 경우, 동축 선로의 상류와 하류의 전기 결합은 용량적인 것으로 된다. 이에 따라, 상류측 동축 선로의 외측 도체와 하류측 동축 선로의 외측 도체를 절연물을 사이에 두고 중첩하고, 내측 도체(導體)에 대해서도 상류측과 하류측을 절연물을 사이에 두고 중첩할 필요가 있다. 또한, 마이크로파(전자파)를 효율적으로 전달하기 위하여, 도체 내경과 도체 외경을 소정 비율로 설계하여 임피던스를 소정값에 맞출 필요도 있다. 이러한 제한 하에서 내전압(耐電壓)을 높이기 위해서는, 내측 도체 상류-절연-내측 도체 하류-유전체-외측 도체 하류-절연-외측 도체 상류와 같이 반경 방향으로 거듭 적층할 필요가 있어, 고전압화에 따른 장치의 대형화를 피할 수 없다.
한편, 도파관형의 DC 블록의 경우, 전기 결합은 전자파적인 것이므로, 동축형과 같이 거듭 적층할 필요는 없다. 이에 따라, 상류와 하류의 도파 사이에 절연 시트(또는 절연판)를 1장 끼우는 것에 의해 절연이 가능하며, 고내압에 적합하다고 할 수 있다. 그러나, 도파관은 내부에 마이크로파를 통과시키는 원리 상, 최소로 할 수 있는 사이즈가 결정되어 있다. 예를 들면, 4∼5GHz의 마이크로파를 통과시키는 경우에는, 48mm×22mm가 최소 사이즈로 된다. 따라서, 소형화에는 명확한 하한이 있다.
본 발명은, 이와 같은 과제를 해결하기 위해 이루어진 것이며, 고주파 저전력과 직류 고전압의 조합에 대응한 소형 DC 블록을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기한 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 DC 블록은, 2개의 마이크로 스트립라인 상에 각각 형성된 2개의 고주파 전력 전송용 안테나를, 절연 시트를 사이에 두고 대향 배치시킨 구성으로 하고 있다.
상기한 바와 같이 구성한 본 발명에 의하면, 마이크로 스트립라인 상에 고주파 전력 전송용 안테나를 형성함으로써 고주파 전력의 전송을 실현하고 있으므로, 내전압을 높이기 위하여 동축형과 같이 거듭 적층할 필요가 없고, 또한, 도파관형과 같이 마이크로파를 통과시키는 원리 상 최소 사이즈가 제한되지도 않으며, 동축 선로 형상 또는 도파관 형상을 사용한 종래의 DC 블록에 비교하여 소형화가 가능하다. 또한, 2개의 고주파 전력 전송용 안테나 사이에 끼운 절연 시트에 의해 고전압 직류 전력을 차단하면서, 고주파 전력만을 고효율로 투과시키는 것이 가능하다. 이로써, 고주파 저전력과 직류 고전압의 조합에 대응한 소형 DC 블록을 제공할 수 있다.
도 1은 본 실시형태에 의한 DC 블록을 적용한 플라즈마 발생 장치의 구성예를 나타낸 도면이다.
도 2는 본 실시형태에 의한 DC 블록의 구성예를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 실시형태에 의한 고주파 전력 전송용 안테나의 형상의 일례를 나타낸 도면이다.
도 4는 본 실시형태의 DC 블록 및 그 주변 부재의 구성예를 나타낸 도면이다.
도 5는 제1 변형예에 따른 플라즈마 발생 장치의 구성예를 나타낸 도면이다.
도 6은 제1 변형예에 따른 제1 마이크로 스트립라인의 구성예를 나타낸 도면이다.
도 7은 제2 변형예에 따른 플라즈마 발생 장치의 구성예를 나타낸 도면이다.
도 8은 본 실시형태에 의한 고주파 전력 전송용 안테나의 형상의 다른 예를 나타낸 도면이다.
이하, 본 발명의 일실시형태를 도면에 기초하여 설명한다. 도 1은, 본 실시형태에 의한 DC 블록을 적용한 플라즈마 발생 장치의 구성예를 나타낸 도면이다. 도 1에 나타낸 바와 같이, 본 실시형태의 플라즈마 발생 장치는, 플라즈마 생성실(1), 고주파 전력원(2), 고전압 직류 전력원(3) 및 DC 블록(4)을 구비하여 구성된다.
플라즈마 생성실(1)은, 고주파 전력을 사용한 방전에 의해 플라즈마를 생성하고 또한, 생성된 플라즈마를 고전압의 직류 전력에 의해 가속시키기 위한 용기이다. 플라즈마 생성실(1)에는, 플라즈마 발생용 안테나(11)와, 벽면(13)에 배치된 복수의 자석(12)과, 가속 그리드(14)가 설치되어 있다. 플라즈마 생성실(1)에서는, 복수의 자석(12)에 의해 자장을 형성하고, 거기에 플라즈마 발생용 안테나(11)로부터 마이크로파 등의 고주파를 도입함으로써 플라즈마 방전을 행한다. 생성된 플라즈마는, 벽면(13)의 가속 그리드에 대향한 면에 설치된 플라즈마 배출용의 스크린 그리드와 가속 그리드(14)에 의해 가속된다.
고주파 전력원(2)은, 플라즈마 생성용의 고주파 전력을 플라즈마 생성실(1)에 공급하는 것이다. 고주파 전력원(2)과 플라즈마 생성실(1) 사이는, DC 블록(4)을 통하여 2개의 동축 선로(5, 6)에 의해 접속되어 있다. 상류측의 동축 선로(5) 및 하류측의 동축 선로(6)는 각각, 내부 도체(5a, 6a)와 외부 도체(5b, 6b)에 의해 구성된다. 하류측 동축 선로(6)의 내부 도체(6a)는, 플라즈마 발생용 안테나(11)에 접속되어 있다. 하류측 동축 선로(6)의 외부 도체(6b)는, 플라즈마 생성실(1)의 벽면(13)을 통하여 자석(12)에 접속되어 있다.
고전압 직류 전력원(3)은, 플라즈마 가속용의 고전압 직류 전력을 플라즈마 생성실(1)에 공급하는 것이다. 고전압 직류 전력원(3)은, 플라즈마 생성실(1)의 벽면(13)과 가속 그리드(14)에 접속되어 있다. 벽면(13)과 가속 그리드(14) 사이에는 1kV를 초과하는 고전압이 인가되고, 그 전위차에 의해 플라즈마가 가속 및 배출되고, 우주의 무한원 전위(0V)를 향하여 방출된다.
DC 블록(4)은, 플라즈마 생성실(1)에 대하여 고주파 전력을 전송하기 위한 전송 선로인 동축 선로(5, 6)에 배치되고, 고주파 전력만을 투과하고 직류 전력을 차단한다. 이 DC 블록(4)의 구성에 대해서는, 도 2∼도 4를 사용하여 상세하게 설명한다.
도 2는, DC 블록(4)의 구성예를 나타낸 도면이며, 도 2의 (a)는 사시도, 도 2의 (b)는 측면도이다. 그리고, 도 2의 (b)는 층 구조의 모식도이며, 각 층의 두께를 정확하게 나타낸 것은 아니다. 도 2에 나타낸 바와 같이, 본 실시형태의 DC 블록(4)은, 2개의 마이크로 스트립라인(101, 102) 상에 각각 2개의 고주파 전력 전송용 안테나(111, 121)를 형성하고, 상기 2개의 고주파 전력 전송용 안테나(111, 121)를, 절연 시트(103)(도 2의 (a)에서는 도시를 생략하고 있음)를 사이에 두고 대향 배치시킴으로써 구성된다.
도 2의 (b)에 나타낸 바와 같이, 제1 마이크로 스트립라인(101)은, 제1 고주파 전력 전송용 안테나(111)가 형성된 배선 도체층과, 제1 고주파 전력 전송용 안테나(111)가 형성되어 있지 않은 접지 도체층(113)과, 배선 도체층과 접지 도체층(113) 사이에 협지된 유전체층(112)으로 이루어지는 층 구조를 가지고 있다. 본 실시형태에서는, 유전체층(112)의 한쪽 평면에 접지 도체층(113)이 형성되어 있다. 또한, 유전체층(112)의 다른 쪽 평면에 제1 고주파 전력 전송용 안테나(111)가 배치되어, 제1 고주파 전력 전송용 안테나(111) 그 자체가 배선 도전체층으로 되어 있다. 그리고, 도 2의 (a)에서는, 제1 고주파 전력 전송용 안테나(111)가 유전체층(112)의 표면으로부터 외측으로 돌출하지 않은 것처럼 보이지만, 실제로는 제1 고주파 전력 전송용 안테나(111)의 두께 분만큼 돌출하고 있다.
제2 마이크로 스트립라인(102)도 마찬가지로, 제2 고주파 전력 전송용 안테나(121)가 형성된 배선 도체층과, 제2 고주파 전력 전송용 안테나(121)가 형성되어 있지 않은 접지 도체층(123)과, 배선 도체층과 접지 도체층(123) 사이에 협지된 유전체층(122)으로 이루어지는 층 구조를 가지고 있다. 유전체층(122)의 한쪽 평면에 접지 도체층(123)이 형성되고 또한, 다른 쪽 평면에 제2 고주파 전력 전송용 안테나(121)가 배치되어, 제2 고주파 전력 전송용 안테나(121) 그 자체가 배선 도전체층으로 되어 있다.
2개의 마이크로 스트립라인(101, 102)은, 서로의 배선 도체층(고주파 전력 전송용 안테나(111, 121)끼리 절연 시트(103)를 사이에 두고 마주보고, 2개의 마이크로 스트립라인(101, 102)의 접지 도체층(113, 123)이 절연 시트(103)로부터 이격되도록 대향 배치되어 있다.
제1 마이크로 스트립라인(101)은, 제1 고주파 전력 전송용 안테나(111)가 도 4에 나타낸 단자(107)를 통하여 하류측 동축 선로(6)의 내부 도체(6a)에 접속되고 또한, 접지 도체층(113)이 단자(107)를 통하여 하류측 동축 선로(6)의 외부 도체(6b)에 접속된다.
제2 마이크로 스트립라인(102)에는, 제2 고주파 전력 전송용 안테나(121), 유전체층(122) 및 접지 도체층(123)을 관통하는 관통공(124)이 형성되어 있다. 이 관통공(124)에 접속되는 도 4의 단자(108)를 통하여 제2 고주파 전력 전송용 안테나(121)가 상류측 동축 선로(5)의 내부 도체(5a)에 접속되고 또한, 접지 도체층(123)이 단자(108)를 통하여 상류측 동축 선로(5)의 외부 도체(5b)에 접속된다.
도 3은, 마이크로 스트립라인(101, 102)에 형성되는 고주파 전력 전송용 안테나(111, 121)의 형상의 일례를 나타낸 도면이다. 도 3에 나타낸 바와 같이, 2개의 고주파 전력 전송용 안테나(111, 121)는 비대칭의 형상(상이한 형상)으로 되어 있다.
제1 고주파 전력 전송용 안테나(111)는, 일부에 절결(切缺)(111b)을 가지는 오픈 링 형상의 안테나이다. 즉, 제1 고주파 전력 전송용 안테나(111)는, 오픈 링 형상의 링 안테나(111a)와, 하류측 동축 선로(6)의 내부 도체(6a)에 접속되는 급전선(111c)을 가지고 있다. 급전선(111c)에 대하여 도 4에 나타낸 단자(107)를 접속하고, 상기 단자(107)로부터 하류측 동축 선로(6)의 내부 도체(6a)까지 배선을 통과시킴으로써, 링 안테나(111a)와 하류측 동축 선로(6)의 내부 도체(6a) 사이가 전기적으로 접속된다. 그리고, 링 안테나(111a)의 선로 길이(절결(111b)을 형성하고 있는 한쪽 단부로부터 다른 쪽 단부까지의 선로의 길이)는, 전송 신호의 파장의 1/2의 홀수배로 할 필요가 없다.
제2 고주파 전력 전송용 안테나(121)는, 절결을 가지고 있지 않은 클로우즈 링 형상의 안테나이다. 즉, 제2 고주파 전력 전송용 안테나(121)는, 클로우즈 링 형상의 링 안테나(121a)와, 상류측 동축 선로(5)의 내부 도체(5a)에 접속되는 급전선(121c)과, 관통공(124)의 일부를 이루는 구멍(121d)을 가지고 있다. 구멍(121d)에 대하여 도 4에 나타낸 단자(108)를 접속하고, 급전선(121c)으로부터 관통공(124) 및 단자(108)를 통하여 상류측 동축 선로(5)의 내부 도체(5a)까지 배선을 통과시키고, 상기 배선을 급전선(121c)에 납땜 등에 의해 접속함으로써, 링 안테나(121a)와 상류측 동축 선로(5)의 내부 도체(5a) 사이가 전기적으로 접속된다.
제1 고주파 전력 전송용 안테나(111)와 제2 고주파 전력 전송용 안테나(121)를 절연 시트(103)를 사이에 두고 대향 배치시킬 때, 링 안테나(111a, 121a)의 중심축이 동일선 상이 되도록 배치된다. 이로써, 링 안테나(111a, 121a)의 전자 결합을 강하게 할 수 있다.
제1 고주파 전력 전송용 안테나(111)의 급전선(111c)은, 링 안테나(111a)로부터 링의 외측을 향하여 제1 마이크로 스트립라인(101)의 가장자리 부근의 위치까지 연신(延伸)하도록 형성되어 있다. 이에 대하여, 제2 고주파 전력 전송용 안테나(121)의 급전선(121c)은, 링 안테나(121a)로부터 링의 내측을 향하여 제2 마이크로 스트립라인(102)의 중심 위치까지 연신하도록 형성되어 있다.
도 4는, 본 실시형태의 DC 블록(4) 및 그 주변 부재의 구성예를 나타낸 도면이다. 본 실시형태의 DC 블록(4)은, 제1 마이크로 스트립라인(101)이 나사에 의해 제1 절연 지그(105)에 장착되고, 제2 마이크로 스트립라인(102)이 나사에 의해 제2 절연 지그(106)에 장착된다. 그리고, 제1 절연 지그(105)과 제2 절연 지그(106)가 나사에 의해 고정된다.
고주파 전력 전송용 안테나(111, 121)에는, 각각 단자(107, 108)가 접속되어 있고, 상기 단자(107, 108)를 통하여 고주파 전력이 입출력된다. 단자(107)에는, 중심에 1개의 핀(107a)이 설치되고 또한, 4개의 코너에 4개의 다리(107b)가 형성되어 있고, 4개의 다리(107b)에 의해 제1 마이크로 스트립라인(101)이 끼워넣어진다. 이 때, 하측의 2개의 다리(107b)가 접지 도체층(113)에 접속되고, 중심의 핀(107a)이 제1 고주파 전력 전송용 안테나(111)의 급전선(111c)에 접속된다. 또한, 단자(108)에는, 중심에 1개의 핀(108a)이 형성되어 있고, 이것이 제2 마이크로 스트립라인(102)의 구멍(121d)으로부터 관통공(124)에 삽통되는 것에 의해 제2 고주파 전력 전송용 안테나(121)의 급전선(121c)에 접속되고 또한, 핀(108a)의 주위의 바닥면부가 접지 도체층(123)에 접속된다.
이상과 같이, 본 실시형태의 DC 블록(4)에서는, 2개의 마이크로 스트립라인(101, 102) 상에 고주파 전력 전송용 안테나(111, 121)를 형성함으로써 고주파 전력의 전송을 실현하고 있으므로, 동축 선로 형상 또는 도파관 형상을 사용한 종래의 DC 블록에 비교하여 소형화가 가능하다. 또한, 비대칭의 고주파 전력 전송용 안테나(111, 121) 사이에 끼워진 절연 시트(103)에 의해 고전압 직류 전력을 차단하면서, 고주파 전력만을 고효율로 투과시키는 것이 가능하다.
이로써, 고주파 저전력과 고전압 직류 전력의 조합에 대응한 소형 DC 블록(4)을 제공할 수 있다. 여기서, 링 안테나(111a, 121a)의 링 폭, 링 직경, 절결 위치, 절결 폭, 절결수, 급전선(111c, 121c)의 선폭 중 적어도 1개를 적절하게 설계함으로써, 수 kV급의 고전압 직류 전력을 절연 시트(103)에 의해 차단하면서, 임의의 주파수의 고주파 전력만을 고효율로 투과시키는 것이 가능하다.
도 5는, 제1 변형예에 따른 플라즈마 발생 장치의 구성예를 나타낸 도면이다. 그리고, 이 도 5에 있어서, 도 1에 나타낸 구성 요소와 동일한 구성 요소에는 동일한 부호를 부여하고 있다. 제1 변형예에 따른 플라즈마 발생 장치는, 플라즈마 발생용 안테나(11)에 대하여 전압을 인가함으로써, 플라즈마의 가속 성능을 향상시키도록 한 것이다.
도 5에 나타낸 바와 같이, 제1 변형예에 따른 플라즈마 발생 장치는, 직류 전원(7)을 더욱 포함하고 또한, DC 블록(4) 대신 DC 블록(4')을 구비하고 있다. 직류 전원(7)은, 하류측 동축 선로(6)의 내부 도체(6a)에 접속된 플라즈마 발생용 안테나(11)에 직류 전압을 인가하기 위한 전압 인가용 회로이다. DC 블록(4')은, 하류측 동축 선로(6)의 내부 도체(6a)에 접속되는 제1 고주파 전력 전송용 안테나(111)로부터 직류 전원(7)에 대하여 직류 전압을 인출하도록 구성되어 있다.
도 6은, 제1 변형예에 따른 제1 마이크로 스트립라인(101')의 구성예를 나타낸 도면이다. 그리고, 이 도 6에 있어서, 도 3의 (a)에 나타낸 구성 요소와 동일한 구성 요소에는 동일한 부호를 부여하고 있다. 도 6에 나타낸 바와 같이, 제1 변형예에 따른 제1 마이크로 스트립라인(101')에는, 제1 고주파 전력 전송용 안테나(111)와 직류 전원(7)을 전기적으로 접속하기 위한 배선 패턴(115)이 형성되어 있다. 배선 패턴(115)은, 전송 대상으로 하는 고주파에 영향을 주지 않는 선폭 및 길이가 되도록 설계한다.
배선 패턴(115)은, 제1 고주파 전력 전송용 안테나(111)의 링 안테나(111a)에 전기적으로 접속된다. 또한, 배선 패턴(115)으로부터 직류 전원(7)까지의 사이는, 도 5에 나타낸 배선(8a)에 의해 접속된다. 이로써, 직류 전원(7)과 플라즈마 생성실(1)의 플라즈마 발생용 안테나(11) 사이가, 배선(8a)과, DC 블록(4')의 배선 패턴(115) 및 제1 고주파 전력 전송용 안테나(111)와, 하류측 동축 선로(6)의 내부 도체(6a)를 통하여 전기적으로 접속된다. 또한, 플라즈마 생성실(1)의 벽면(13)과 직류 전원(7) 사이가 배선(8b)에 의해 접속된다.
플라즈마 생성실(1)의 플라즈마 발생용 안테나(11)에 대하여 전압을 인가하기 위한 구성으로서, 종래는 비특허문헌 1에 기재되어 있는 바와 같이, 하류측 동축 선로(6)에 T자형 커넥터와 정합 동조기를 배치하고, 심선만을 꺼내서 전압을 인가하는 방법이 일반적이었다. 그러나, T자형 커넥터 및 정합 동조기의 도입은 소형화의 큰 장애가 되고 있었다.
이에 대하여, 제1 변형예에서는, 제1 마이크로 스트립라인(101)의 배선 패턴(115)을 이용하여, 고주파 전력의 투과에 영향을 주지 않고 직류 전압을 제1 고주파 전력 전송용 안테나(111)로부터 뽑아 내는 것에 의해, T자형 커넥터 및 정합 동조기를 사용하지 않고 플라즈마 발생용 안테나(11)에 대한 직류 전압의 인가를 실현하고 있다. 이로써, 플라즈마 발생 장치를 소형화할 수 있다. 이는, T자형 커넥터 및 정합 동조기의 기능을 DC 블록(4')에 내포시킴으로써, 플라즈마 발생 장치의 소형화를 실현하는 것과 동일하다.
도 7은, 제2 변형예에 따른 플라즈마 발생 장치의 구성예를 나타낸 도면이다. 그리고, 이 도 7에 있어서, 도 5에 나타낸 구성 요소와 동일한 구성 요소에는 동일한 부호를 부여하고 있다. 제2 변형예에 따른 플라즈마 발생 장치도 제1 변형예와 같이 플라즈마 발생용 안테나(11)에 대하여 전압을 인가함으로써, 플라즈마의 가속 성능을 향상시키도록 한 것이며, 제1 마이크로 스트립라인(101')에 배선 패턴(115)을 형성하고 있는 점은 도 6과 동일하다.
제2 변형예에서는, 하류측 동축 선로(6)의 내부 도체(6a)에 접속된 플라즈마 발생용 안테나(11)에 직류 전압을 인가하기 위한 전압 인가용 회로로서, 도 5에 나타낸 직류 전원(7) 대신, 플라즈마 발생 장치의 직류 전원(도시하지 않은 메인 전원)에 접속되는 저항(9a, 9b)을 구비하고 있다. 도 7에 나타낸 예에서는, 고전압 직류 전력원(3)과 플라즈마 생성실(1)의 벽면(13) 사이를 접속하는 배선 상에도 저항(9c)이 설치되어 있다. 저항(9a, 9b, 9c) 중 어느 하나는, 그 값이 0Ω(저항없음)인 경우도 포함한다.
이와 같이, 제2 변형예에서는, 제1 고주파 전력 전송용 안테나(111)로부터 배선 패턴(115)을 통하여 접속되는 배선(8a)과, 플라즈마 생성실(1)의 벽면(13)으로부터 접속되는 배선(8b)을, 복수의 저항(9a, 9b)(0Ω을 포함함)을 통하여 플라즈마 발생 장치의 메인 전원에 접속하는 구성으로 하고 있다. 이로써, 도 5와 같이 플라즈마 발생 장치의 메인 전원과는 별도의 계통의 직류 전원(7)을 사용하지 않고, 저항(9a, 9b)에서의 전압 강하를 이용하여, 플라즈마 생성실(1)의 플라즈마 발생용 안테나(11) 및 벽면(13)에 상이한 전위를 인가하도록 하고 있다.
이로써, 제2 변형예에 의하면, 플라즈마 생성실(1)의 플라즈마 발생용 안테나(11) 및 벽면(13)의 전위 변경을, 플라즈마 발생 장치의 메인 전원(플라즈마 기전력)을 이용한 저항 접속에 의해 실현할 수 있다. 이로써, 플라즈마 발생 장치의 메인 전원과는 별도의 직류 전원(7)을 설치할 필요가 없고, 플라즈마 발생 장치의 소형화를 도모할 수 있다. 즉, 직류 전원(7)의 대신 저항(9a, 9b)을 사용함으로써, 플라즈마 발생 장치의 대폭적인 소형화 및 간이화가 가능하게 된다.
그리고, 상기 실시형태에서는, 제1 고주파 전력 전송용 안테나(111)만을 오픈 링 형상으로 하는 예에 대하여 설명하였으나, 2개의 고주파 전력 전송용 안테나의 양쪽 모두 클로우즈 링 형상으로 하도록 해도 되고, 도 8에 나타낸 바와 같이, 2개의 고주파 전력 전송용 안테나(111, 121')의 양쪽 모두 오픈 링 형상으로 해도 된다. 그리고, 2개의 고주파 전력 전송용 안테나(111, 121')에 대하여, 링 폭, 링 직경, 절결 위치, 절결 폭 및 절결수 중 적어도 1개를 비대칭으로 구성하도록 해도 된다.
2개의 고주파 전력 전송용 안테나(111, 121')의 양쪽 모두 오픈 링 형상으로 함으로써, 전자 결합을 강하게 할 수 있다. 이 때, 링 안테나(111a, 121a')의 중심축이 동일선 상이 되고, 또한, 절결(111b, 121b')이 상기 중심축에 대하여 대칭인 위치(180도 어긋난 위치)가 되도록 배치함으로써, 링 안테나(111a, 121a')의 전자 결합을 더 한층 강하게 할 수 있다.
그 외, 상기 실시형태는, 모두 본 발명을 실시하는 데 있어서의 구체화의 일례를 나타낸 것에 지나지 않고, 이로써, 본 발명의 기술적 범위가 한정적으로 해석되어서는 안된다. 즉, 본 발명은 그 요지, 또는 그 주요한 특징으로부터 일탈하지 않고, 다양한 형태로로 실시할 수 있다.
1: 플라즈마 생성실
2: 고주파 전력원
3: 고전압 직류 전력원
4, 4': DC 블록
5, 6: 동축 선로
7: 직류 전원
8a, 8b: 배선
9a, 9b, 9c: 저항
11: 플라즈마 발생용 안테나
12: 자석
13: 벽면
14: 가속 그리드
101, 102: 마이크로 스트립라인
103: 절연 시트
111, 121: 고주파 전력 전송용 안테나(배선 도체층)
112, 122: 유전체층
113, 123: 접지 도체층
114, 124: 관통공
115: 배선 패턴

Claims (8)

  1. 2개의 마이크로 스트립라인 상에 각각 형성된 2개의 고주파 전력 전송용 안테나를, 절연 시트를 사이에 두고 대향 배치시킨, DC 블록.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 마이크로 스트립라인은, 상기 고주파 전력 전송용 안테나가 형성된 배선 도체층과, 상기 고주파 전력 전송용 안테나가 형성되어 있지 않은 접지 도체층과, 상기 배선 도체층과 상기 접지 도체층 사이에 협지된 유전체층으로 이루어지는 층 구조를 가지고,
    상기 2개의 마이크로 스트립라인의 상기 배선 도체층끼리가 상기 절연 시트를 사이에 두고 마주보고, 상기 2개의 마이크로 스트립라인의 상기 접지 도체층이 상기 절연 시트로부터 이격되도록, 상기 2개의 마이크로 스트립라인를 대향 배치시킨, DC 블록.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 2개의 고주파 전력 전송용 안테나 중 적어도 한쪽은, 일부에 절결(切缺)을 가지는 오픈 링 형상이며,
    상기 2개의 고주파 전력 전송용 안테나를 비대칭의 형상으로 한, DC 블록.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 2개의 고주파 전력 전송용 안테나의 양쪽이 일부에 절결을 가지는 오픈 링 형상이며,
    상기 2개의 고주파 전력 전송용 안테나에 대하여, 오픈 링의 링 폭, 링 직경, 절결 위치, 절결 폭 및 절결수 중 적어도 1개를 비대칭으로 한, DC 블록.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 고주파 전력 전송용 안테나는, 고주파 전력을 전송하는 동축(同軸) 선로의 내부 도체에 접속되는 급전선을 가지고,
    상기 마이크로 스트립라인에는, 상기 고주파 전력 전송용 안테나와, 상기 동축 선로의 내부 도체에 접속된 플라즈마 발생용 안테나에 직류 전압을 인가하기 위한 전압 인가용 회로를 전기적으로 접속하기 위한 배선 패턴이 형성되어 있는, DC 블록.
  6. 고주파 전력을 사용한 방전에 의해 플라즈마를 생성하고 또한, 생성된 플라즈마를 고전압의 직류 전력에 의해 가속시키기 위한 용기인 플라즈마 생성실과,
    상기 플라즈마 생성실에 대하여 상기 고주파 전력을 전송하기 위한 전송 선로에 배치되고, 상기 고주파 전력만을 투과하고 직류 전력을 차단하는 DC 블록을 구비하고,
    상기 DC 블록은, 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 기재된 구성을 가지는, 플라즈마 발생 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 DC 블록은 제5항에 기재된 구성을 가지고,
    상기 전압 인가용 회로로서 직류 전원을 구비한, 플라즈마 발생 장치.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 DC 블록은 제5항에 기재된 구성을 가지고,
    상기 전압 인가용 회로로서, 상기 플라즈마 발생 장치의 직류 전원에 접속되는 저항을 구비한, 플라즈마 발생 장치.
KR1020237032718A 2021-03-16 2021-03-16 Dc 블록 및 이것을 사용한 플라즈마 발생 장치 KR20230149314A (ko)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/JP2021/010520 WO2022195700A1 (ja) 2021-03-16 2021-03-16 Ｄｃブロックおよびこれを用いたプラズマ発生装置

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20230149314A true KR20230149314A (ko) 2023-10-26

Family

ID=83320103

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020237032718A KR20230149314A (ko) 2021-03-16 2021-03-16 Dc 블록 및 이것을 사용한 플라즈마 발생 장치

Country Status (5)

Country Link
US (1) US20240195037A1 (ko)
EP (1) EP4311022A1 (ko)
JP (1) JP7464897B2 (ko)
KR (1) KR20230149314A (ko)
WO (1) WO2022195700A1 (ko)

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009246810A (ja) 2008-03-31 2009-10-22 Univ Of Tokushima 高周波信号伝送装置

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6359101A (ja) * 1986-08-28 1988-03-15 Matsushita Electric Ind Co Ltd マイクロ波回路接続装置
EP1543580A1 (en) 2002-09-27 2005-06-22 Nokia Corporation Coupling device
JP5119514B2 (ja) 2008-01-09 2013-01-16 独立行政法人 宇宙航空研究開発機構 イオン噴射装置、推進装置及び人工衛星
KR101070633B1 (ko) 2009-10-15 2011-10-07 주식회사 에이스테크놀로지 임피던스 매칭을 이용한 ｄｃ 차단 장치

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009246810A (ja) 2008-03-31 2009-10-22 Univ Of Tokushima 高周波信号伝送装置

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
「1W급 물이온 추진의 내부 정자장 및 방전실 내면 전위가 추진제 이용 효율에 미치는 영향의 실험적 평가」 (아타카(安宅) 야스호(泰穗), 나카가와(中川) 유이치(悠一), 고이즈미(小泉) 히로유키(宏之), 코무라사키(小紫) 키미야(公也) JSASS 제50기 연회 강연회 강연집 2019년 4월 18일∼19일)

Also Published As

Publication number Publication date
JPWO2022195700A1 (ko) 2022-09-22
EP4311022A1 (en) 2024-01-24
US20240195037A1 (en) 2024-06-13
JP7464897B2 (ja) 2024-04-10
WO2022195700A1 (ja) 2022-09-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9948011B2 (en) Superluminal antenna
US3786372A (en) Broadband high frequency balun
Tang et al. Planar ultrawideband antennas with improved realized gain performance
US3732508A (en) Strip line to waveguide transition
JPH04271605A (ja) ２つの偏波で動作する放射素子のための給電装置
US3085212A (en) Tunable circulator
WO2012051521A1 (en) Radio frequency (rf) microwave components and subsystems using loaded ridge waveguide
Lee et al. K-band frequency tunable substrate-integrated-waveguide resonator filter with enhanced stopband attenuation
TW201417397A (zh) 多層基材上形成之微型槽式天線及其印刷電路板
Shaik et al. An antenna advance for cognitive radio: Introducing a multilayered split ring resonator-loaded printed ultrawideband antenna with multifunctional characteristics
EP3333968A1 (en) A directional coupler and a method of manufacturing thereof
US2729794A (en) High frequency apparatus
Buendia et al. Compact leaky SIW feeder offering TEM parallel plate waveguide launching
KR20230149314A (ko) Dc 블록 및 이것을 사용한 플라즈마 발생 장치
JPH11261308A (ja) トリプレート線路層間接続器
Beltayib et al. $4\times4 $-Element Cavity Slot Antenna Differentially-Fed by Odd Mode Ridge Gap Waveguide
RU2601181C2 (ru) Вч генератор
Bryant Coaxial transmission lines, related two-conductor transmission lines, connectors, and components: A US historical perspective
US5281932A (en) Multilayer magnetically coupled suspended stripline for impedance matching
Lee et al. New Negative Coupling Structure for ${K} $-Band Substrate-Integrated Waveguide Resonator Filter With a Pair of Transmission Zeros
Tehrani et al. Broadband microstrip to dielectric image line transitions
US3289110A (en) Non-reciprocal multi-element tem transmission line device
US20190067831A1 (en) Stripline feed structure for superluminal antenna array
Yin et al. Characterization and design of millimeter-wave full-band waveguide-based spatial power divider/combiner
US3074023A (en) Broadband coupling to comb-structure