KR960000560Y1 - 도파관의 정재파비 조정 장치 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

도파관의 정재파비 조정 장치

제 1 도는 장방형 도파관의 전파형태를 나타내는 단면도

제 2 도는 원통형 도파관의 전파형태를 나타내는 단면도

제 3 도는 본 고안에 의한 도파관의 정재파비 조정 장치로서

(a)는 그 정면도이며,

(b)는 그 측단면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 초우크 플랜지 이음공 2 : 암나사 탭

3 : 수나사 탭 4 : 오-링(O-RING) 연결홈

5 : 도파관 접속공 6 : 도파관 삽입부

7 : 초우크 플랜지

본 고안은 도파관(導波管)의 정재파비(定在波比) 조정 장치에 관한 것으로서, 상세하게는 도파관을 벤딩(BENDING)하여 사용시 상기 벤딩된 도파관의 정재파비(VOLTAGE STANDING WAVE RATIO:VSWR)가 요구되는 규격에서 벗어나는 경우 이것을 용이하게 조정하기 위한 도파관의 정재파비 조정 장치에 관한 것이다.

일반적으로 마이크로파(MlCROWAVE : 약 1∼10 GHz에 걸친 주파수에 대한 통칭)를 사용하는 통신 장비에서는 상기 마이크로파의 송, 수신이 개략적으로 다음의 경로로 이루어 지게 된다.

송신 : 장비→동축 케이블→아답타(ADAPTOR)→도파관

수신 : 도파관→아답타→동축 케이블→장비

여기에서 도파관(WAVEGIDE)이란 중심도체가 없이 속이 빈 금속관으로 이 가운데를 전자파가 효율좋게 전송되도록 만들어진 관으로서, 센티미터파(SUPER HIGH FREQUENCY: 3∼30 GHz), 밀리미터파(EXTREME HIGH FREQUENCY: 30∼300 GHz) 대의 소위 마이크로파의 전송선로(傳送線路)로서 사용되며, 이에 주로 사용되는 도파관의 형태에는 장방형(長方形) 또는 원통형이 있다.

그리고 일반적인 전송선로에서의 전압과 전류의 관계는 상기 도파관에서 전계와 자계의 관계에 대응된다.

도파관은 마이크로파 대의 높은 주파수에서 사용되므로 스킨효과(SKIN EFFECT)에 의한 저항손실 등이 있으나 동축 케이블과 같은 선로에 비하여 저항손실(저항 R을 통하여 흐르는 전류 I에 의하여 I²R의 열이 발생되어 일어나는 손실을 말함)이나 유전체손실(고유전율의 자성체가 초고주파로 인하여 그 내부에 일어나는 전력 손실을 말함)이 적으며 외부로 에너지가 새어 나가 복사되는 일이 없이 대전력전송을 할 수 있다.

상기에서 스킨 효과란, 통상적으로 도선에 흐르는 전류는 주파수가 높아짐에 따라 단면 전체를 고루 흐르지 않고 표면 가까이에 모여 흐르게 되는데, 이것은 주파수가 높아질수록 자속의 변화가 커지므로 도체 단면의 중심부는 자속 밀도가 크고 유도성(誘導性)으로 되어 자속 밀도가 적은 용량성의 표면 근처로 모여 흐르는 현상을 말한다.

그러나 상기 도파관은 고역필터(HlGH PASS FlLTER: 차단 주파수보다 높은 주파수의 전류는 감쇠없이 자유로이 통과되나, 낮은 주파수에 대하여서는 큰 감쇠를 주는 필터)와 같은 전기적 성질이 있어 차단 파장(CUT-OFF WAVELENGTH)보다 약간이라도 긴 파장의 주파수는 감쇠가 많아 전송이 이루어지지 않는다. 여기에서 차단 파장이란 도파관 내에 마이크로파가 진행되는 경우, 임의의 자유 공간 파장보다 긴 파장의 파는 차단되어 전혀 전송되지 않는데, 그 임계 파장을 그 도파관의 차단 파장이라 하며, 대체로 도파관의 차단 파장은 도파관의 단면 형태나 치수로서 결정된다.

그러므로 마이크로파 이하의 주파수 대에서는 도파관의 치수가 크게되어 경제적인 면에서 사용할 수가 없게된다.

제 1 도에는 장방형 도파관 내에서 전송되는 전자파의 형태에 따른 전자계분포가 도시되어 있는 바, 실선은 전력선을, 점선은 자력선을 나타낸다.

도파관 내에서는 TE 또는 TM 형태가 존재할 수 있다. TE파(TRANSVERSE ELECTRIC WAVE)는 전자파의 진행방향에 자계 성분 H는 있으나 전계 성분 E가 전혀 없는 전기적 횡파를 형성하는 전자파 형태로서 H 파라고도 한다. TM파(TRANSVERSE MAGNETIC WAVE)는 전자파의 진행방향에 전계 성분 E는 있으나 자계 성분 H가 전혀 없는 자기적 횡파를 형성하는 전자파로서 E파 라고도 한다.

이와 같이 도파관은 그 크기와 전송하고져 하는 전자파의 형태에 따라 도파관의 고유 파장(NATURAL WAVE LENGTH)이 정해지게 되며, 차단 파장이 가장 큰 형태를 기본 형태 또는 기본파라고 한다.

TE 형태의 기본파는 TE₁₀형태이고, TM 형태의 기본파는 TM₁₁형태이다. 장방형 도파관의 기본파는TF₁₀이며, 그 차단파장은 λ=2a(a: 장방형 도파관의 폭)가 된다. 그리고 원통형 도파관 내의 전자계 분포는 제 2 도에 도시된 바와 같으며, 그 기본파는 TE₁₁이며, 차단 파장은 λ=2πa/l.84(a: 관의 반지름)이 된다.

도파관의 종단시(終端時) 또는 접속시(接續時) 반사파가 없도록 하는 것은 매우 중요한 문제이다. 가늘고 긴 슬릿(SLIT)이 있는 도체판을 도파관축에 수직으로 삽입하여 창(窓)의 모양과 크기를 변화시키면 임피던스의 변화가 가능하므로 정합(IMPEDANCE MATCHING: 부하 또는 2개의 회로를 접속할 경우, 반사 손실이 없도록 양자의 임피던스를 같게 하는 것)을 시킬 수 있게 된다.

또한 도파관의 넓은 면에 도체봉(導體捧: BAR)이나 나사(SCREW)를 삽입하여 그 길이의 변화에 의해서도 정합은 가능해진다. 이러한 방법을 창(窓)삽입법과 봉(捧)삽입법이라 한다.

일반적으로, 마이크로파와 상기에서와 같은 도파관을 사용하는 통신 장비는 도파관을 벤딩하여 사용하는 경우가 많이 있다.

이와 같이 도파관을 벤딩하여 사용하는 경우에는 그 도파관의 사양(SPECIFICATION)을 결정짓는 정재파비 규격을 벗어나는 경우가 자주 발생 된다.

따라서 도파관의 벤딩 후, 상기 벤딩된 도파관이 요구되는 정재파비 규격을 만족하는지 검사 테스트를 반드시 하여야 되는데, 여기에 사용되는 장비는 다음과 같다.

1. X-Y 레코더(X-Y RECORDER): 파형의 전기적인 신호를 기록하는 장치로서 X-Y PLOTTER의 기능과 거의 유사하다.

2. 네트워크 분석기(NETWORK ANALYZER): 전기 회로에 직접 접속하여 회로망의 성질을 알아내는데 사용되는 전기 회로소자의 집합체로서 OSCILOSCOPE와 기능이 거의 유사하다.

3. 스위프 발진기(SWEEP OSCILLATOR): 발진 주파수가 연속하여 자동적으로 변화되도록 한 발진기.

4. 방향성 결합기(DIRECTIONAL COUPLER): 2개의 도파관을 측면 또는 상하면에서 등을 맞대고 거기에 적당한 구멍을 만들면 한쪽 도파관으로 고전력의 전자파가 전송될 때 제2의 도파관으로는 그 보다 적은 전력의 전자파를 출력할 수 있는데 이와 같이 고전력을 저전력으로 전환하여 출력할 수 있도록 하는 장비로서 테스트 장비를 보호하도록 사용된다.

5. 더미 로드(DUMMY LOAD): 수신된 신호를 완전히 흡수할 수 있는 장치로서 테스트 장비의 캘리브레이션(CALIBRATION:較正) 또는 레퍼런스(REFERENCE: 基準)를 목적으로 사용된다.

이상에서와 같은 테스트 장비를 사용하여 벤딩된 도파관의 테스트 방법을 언급하면 다음과 같다.

먼저 스위프 발진기와 도파관으로 구성된 방향성 결합기 및 더미 로더를 연결시켜 켈리브레이션하여 레퍼런스를 정하고, 이어서 네트워크 분석기와 X-Y 레코더를 캘리브레이션 한 후 상기 X-Y 레코더 기록지에 상기 스위프 발진기의 각 주파수 별로 기준 선을 그려 레퍼런스를 정한다.

이와 같이 하여 모든 테스트 장비의 캘리브레이션 및 레퍼런스가 정해지면 상기 벤딩된 도파관을 상기 방향성 결합기와 더미 로드에 연결시킨 후, 스위프 발진기를 작동시켜 상기 네트워크 분석기의 모니터에 나타나는 파형을 X-Y 레코더 기록지에 기록한다.

그리하여 상기 네트워크 분석기 및 X-Y 레코더로 부터 검출된 베딩된 도파관의 출력 결과치를 다음과 같은 정재파비 정의식을 이용하여 상기 벤딩된 도파관의 정재파비를 구하게 된다.

여기에서 PSWR은 전력 정재파비(POWER STANDING WAVE RATIO)의 약어이다.

이상에서와 같은 방법으로 상기 벤딩된 도파관의 정재파비 테스트시 요구되는 규격의 정재파비가 구하여 지지 않을 경우, 종래에는 상기 벤딩된 도파관에 구멍을 뚫고 나사를 끼워 넣어 정재파비를 조정하거나 또는 상기벤딩된 도파관에 흠집을 내어 그 내부에 이상 돌기부를 형성시켜 요구되는 규격의 정재파비를 만족시키도록 조정하여 왔다.

그러나 상기와 같은 벤딩된 도파관의 정재파비 테스트시, 요구되는 규격의 정재파비를 얻기 위하여 종래와 같이 벤딩된 도파관에 구멍을 뚫거나 흠집을 형성시킴으로 인하여 상기 벤딩된 도파관의 외관이 불량하게 됨은 물론, 그 구멍 및 흠집으로 인하여 그 곳에 부분적인 부식이 발생되어 도파관의 수명 및 성능이 저하되는 문제점이 발생하게 된다.

이상에서와 같은 문제점을 해결하기 위하여 본 고안의 목적은, 도파관의 벤딩 후 정재파비 테스트시, 상기벤딩된 도파관의 요구되는 규격의 정재파비를 구하기 위하여 벤딩된 도파관에 구멍을 뚫거나 흠집을 형성시켜 벤딩된 도파관의 외관 불량 및 수명과 성능 저하를 유발시키는 대신에 상기 벤딩된 도파관의 요구되는 규격의 정재파비를 용이하게 조정할 수 있는 도파관의 정재파비 조정장치를 제공하는 것이다.

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 고안은 양쪽 단(端)에 플랜지(FLANGE)가 구비되는 벤딩된 도파관에 있어서, 상기 벤딩된 도파관의 양쪽 단에는 사각형 초우크(CHOKE) 플랜지가 마련되어 있으며, 상기 사각형 초우크 플랜지 각 변의 중앙부에 암, 수나사 탭(FEMALE, MALE SCREW TAP)이 마련되어 있어 수나사 탭의 높, 낮이 조정으로 벤딩된 도파관에서 요구되는 규격의 정재파비를 구하는 것을 그 특징으로 한다.

이하 예시된 도면을 참조하여 본 고안의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.

제 3 도에는 본 고안에 의한 도파관의 정재파비 조정 장치가 도시되어 있는 바, 이는 벤딩된 도파관의 양쪽 단에 사각형의 초우크 플랜지(7)가 마련되며, 그리고 상기 사각형 초우크 플랜지(7) 각 변의 중앙부에는 암, 수나사 탭(2, 3)이 마련되어 있다.

단, 상기 암, 수나사 탭(2, 3)은 정상적인 상태가 유지될 수 있도록 도파관의 내부 크기에 정확하게 맞게끔 제작이 되어야 하며, 그 재질 또한 도파관의 재질과 동일한 것으로 사용되어야 한다.

이와 같이 구성된 본 고안에 의한 도파관의 정재파비 조정장치 동작을 설명하면 다음과 같다.

스위프 발진기와 방향성 결합기 및 더미 로더를 연결시켜 캘리브레이션 하여 레퍼런스를 정하고, 이어서 네트워크 분석기와 X-Y 레코더를 캘리브레이션 한 후 상기 X-Y 레코더 기록지에 스위프 발진기의 각 주파수 별로 기준 선을 그려 레퍼런스를 정한다.

이와 같이 하여 모든 테스트 장비의 캘리브레이션 및 레퍼런스가 정해지면 상기 벤딩된 도파관을 방향성 결합기와 더미로드에 연결시킨 후, 스위프 발진기를 작동시켜 상기 네트워크 분석기의 모니터에 나타나는 파형을 X-Y 레코더 기록지에 기록한다.

그리하여 상기 네트워크 분석기 및 X-Y 레코더로 부터 검출된 벤딩된 도파관의 출력 결과치를 다음과 같은 정재파비 정의식을 이용하여 상기 벤딩된 도파관의 정재파비를 구한다.

여기에서 상기 벤딩된 도파관의 요구되는 정재파비가 구하여 지지 않을 경우, 상기 벤딩된 도파관 양쪽 단에 마련된 사각형 초우크 플랜지(7)의 각 변의 중앙부에 마련된 4개의 암, 수나사 탭(2, 3)과 드라이버를 이용하여, 상기 암나사 탭(2)에 삽입되는 수나사 탭(3)을 도파관 접속공(5) 내부 상하로 조금씩 이송시켜 가며, 네트워크 분석기 및 X-Y 레코더로 부터 출력되는 값을 재검출하여 상기 벤딩된 도파관에 요구되는 정재파비를 구하게 된다.

이상에서와 같이 본 고안에 의한 도파관의 정재파비 조정 장치는 마이크로파를 이용하는 통신 시스템에서 도파관의 벤딩 후, 상기 벤딩된 도파관에 요구되는 규격의 정재파비를 구하기 위하여 테스트 하는 경우에, 상기벤딩된 도파관에 구멍을 뚫거나 흠집을 형성시키지 않고 단지 벤딩된 도파관의 양쪽 단에 있는 사각형 초우크플랜지(7)의 각 변 중앙부에 마련된 암, 수나사 탭(2, 3)을 사용하여 상기 벤딩된 도파관에 요구되는 규격의 정재파비를 용이하게 조정할 수 있게 된다.

또한 본 고안은 벤딩된 도파관 개개의 정재파비 조정뿐만 아니라 어떤 시스템을 구성하기 위하여 각각의 도파관을 전체적으로 연결하였을 경우에도 요구되는 규격의 정재파비가 구하여 지지 않을 경우에도 상기 도파관의 양쪽 단에 있는 사각형 초우크 플랜지(7)에 마련된 암, 수나사 탭(2, 3)을 이용하여 용이하게 정재파비를 조정할 수 있다.

Claims (1)

1. 양쪽 단(端)에 플랜지(FLANGE)가 구비되는 벤딩된 도파관에 있어서,

   상기 벤딩된 도파관의 양쪽 단에는 사각형 초우크 플랜지(7)가 마련 되어 있으머, 상기 사각형 초우크 플랜지(7) 각 변의 중앙부에 암, 수나사 탭(2, 3)이 마련되어 있어 수나사 탭(3)의 높, 낮이 조정으로 벤딩된 도파관에서 요구되는 규격의 정재파비를 구하는 것을 특징으로 하는 도파관의 정재파비 조정 장치.