WO2023003151A1 - 전자파 차폐필터 - Google Patents

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WO2023003151A1
WO2023003151A1 PCT/KR2022/007025 KR2022007025W WO2023003151A1 WO 2023003151 A1 WO2023003151 A1 WO 2023003151A1 KR 2022007025 W KR2022007025 W KR 2022007025W WO 2023003151 A1 WO2023003151 A1 WO 2023003151A1
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elliptical
core
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신건일
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    • H01F38/14—Inductive couplings
    • H01F2038/143—Inductive couplings for signals

Definitions

  • An embodiment of the present invention relates to an electromagnetic wave shielding filter, and relates to a filter for passing a high frequency signal required for an electromagnetic wave shielding facility and blocking other interference frequency components.
  • shielding tests are conducted according to standards such as EEEE-std-299 or MIL-STD-188-125-1/2, and National Radio Research Agency Notice No. 2016-10 to shield electromagnetic waves. Check the shielding performance of the facility.
  • the electromagnetic shielding facility is basically a facility that is electromagnetically separated from the outside and the inside, and is designed so that the server or communication equipment inside the facility is not affected by the external electromagnetic environment.
  • the inside and outside of the electromagnetic wave shielding facility are connected using the electromagnetic wave shielding filter for power supply or communication to the inside.
  • the existing general electromagnetic shielding filter currently in use uses a low-pass filter to block the high band of the band from 10kHz to 100kHz or more to several to 18GHz where electromagnetic wave shielding is desired, and low-pass that passes the low frequency of 60Hz, such as power supply.
  • a pass filter is used, and in some cases, a band pass filter is used to pass only a specific band, and in the case of a high frequency communication frequency higher than the cutoff frequency of the low pass filter (e.g., 500 MHz), After photoelectric conversion, it is input through an optical cable and converted again to electric light to transmit signals while maintaining electromagnetic wave shielding, thereby connecting the inside and outside of the shielding facility.
  • the low-pass type electromagnetic wave shielding filter used as a military EMP shielding filter that shields electromagnetic waves up to the lowest frequency has a cutoff frequency of 3dB loss around 10kHz. Frequency is usually the lower limit. So, if a frequency of 10 kHz or less is sent, a situation in which the role of the filter is limited occurs because a frequency lower than this can pass through the filter. As such, the low-pass type electromagnetic shielding filters currently in use have limitations in blocking all frequency bands and passing only signals in a desired frequency band, so fundamental structural changes are required in the configuration of electromagnetic shielding filters.
  • a magnetic core of an elliptical structure made of a material with high permeability is disposed in a part that determines the outside and inside of the electromagnetic wave shielding surface inside the filter, and the core shielding and penetrating portion having an appropriate depth and diameter capable of shielding electromagnetic waves
  • the high-frequency electromagnetic wave signal is converted into a differential mode form in the primary coil and transmitted from the outside to the inside of the shielding facility in the form of a differential mode magnetic field in the elliptical magnetic core, and the secondary coil restores the high-frequency signal in the differential mode to transmit the desired high-frequency signal.
  • an object of the present invention is to construct electromagnetic wave shielding in a low-pass or band-pass filter by blocking undesirable common mode electromagnetic waves.
  • the electromagnetic wave shielding filter installed on one side of the shielding wall of the electromagnetic wave shielding facility has a structure in which a primary coil and a secondary coil are wound on both short sides of an elliptical ( ⁇ -shaped) magnetic core structure with high magnetic permeability, and the elliptical magnetic In the middle of the core, it is composed of a material with high conductivity (low resistance), and the inside of the electromagnetic wave shielding filter is configured to have a depth and diameter capable of electromagnetic wave shielding at the end.
  • a primary coil disposed in the form; an outer enclosure including the secondary coil and the magnetic core (magnetic path) having the high magnetic permeability;
  • a magnetic path is formed of a material having high magnetic permeability on the electromagnetic wave shielding interface that determines the outside and the inside of the filter, so that the high-frequency electromagnetic wave signal in the form of a differential mode has an elliptical (or square-shaped) shape.
  • the magnetic field is transmitted from the outside to the inside through the magnetic core of the shape, and the circumference of the elliptical magnetic core and the inner surface of the shielding filter enclosure are filled with materials with high conductivity (low resistance) to provide electromagnetic shielding facilities. Because it has a structure that shields external and internal electric and magnetic fields, wireless high-frequency signals pass through, but the remaining electromagnetic waves have an effect of shielding over all frequency bands.
  • high-frequency signals themselves can pass through the differential mode structure, but high-output electromagnetic waves such as external noise are in common mode, making it difficult to pass through the elliptical magnetic core. It has a blocking effect. This is a differentiated feature compared to the existing band-pass filter or low-pass filter-type electromagnetic wave shielding filter.
  • FIG. 1 is a view showing an electromagnetic wave shielding filter including an elliptical (square-shaped) magnetic core and a magnetic core shielding and penetrating portion according to the present embodiment.
  • FIG. 2 is a view showing an example of applying an electromagnetic wave shielding filter including an elliptical magnetic core and a magnetic core shielding and penetrating portion according to the present embodiment to an electromagnetic wave shielding facility.
  • FIG 3 is a view showing the electromagnetic wave shielding filter including the elliptical magnetic core according to the present embodiment in side and longitudinal cross-sections.
  • FIG. 4 is a diagram showing an electromagnetic wave shielding filter including a double elliptical magnetic core and primary and secondary coil sets to simultaneously transmit and receive high-frequency signals according to the present embodiment.
  • FIG. 5 is a view showing an example of applying an electromagnetic wave shielding filter including a bar-shaped (I-type) magnetic core and a magnetic core shielding and penetrating portion according to the present embodiment.
  • FIG. 6 is a view showing the shape of a honeycomb used for air exhaust of this electromagnetic wave shielding facility.
  • FIG. 7 is a view showing a generally used low-pass filter type electromagnetic wave shielding filter.
  • FIG. 1 is a view showing an electromagnetic wave shielding filter including an elliptical magnetic core according to an embodiment.
  • An electromagnetic wave shielding filter including an elliptical ( ⁇ -shaped) core includes an electromagnetic wave shielding enclosure 101, an elliptical ( ⁇ -shaped) magnetic core 102, a primary coil 102, a secondary coil 104, a magnetic Components included in the electromagnetic wave shielding filter including the core shielding and penetrating portion 105 are not necessarily limited thereto.
  • the primary coil 102 and the secondary coil 103 are installed at both ends of the elliptical magnetic core.
  • the elliptical magnetic core 103 applies a material having excellent high frequency characteristics and high magnetic permeability, and is transmitted to the opposite core via the elliptical core in the form of a magnetic field formed by the signal desired to pass through the primary coil 102, In the secondary coil 103, it is changed back to a voltage form. The reverse case from the secondary coil 103 to the primary coil 102 is also possible.
  • the primary coil 130 When a signal for communication is applied to the primary coil 130, it is changed into a magnetic field and is induced and transmitted to the secondary coil via the elliptical magnetic core 103. Again, the magnetic field transmitted to the secondary coil can be converted into a voltage form by the secondary coil and the received signal can be restored. However, in this state, it is in the form of a transformer without electromagnetic shielding function, but if the inner wall of the shielding filter is filled with a material with high electrical conductivity (low resistance) around the elliptical magnetic core, a tunnel-shaped structure surrounding the magnetic core is formed and electromagnetic wave shielding creates the conditions for doing so.
  • the filter housing and core are filled with high-density metal, the external shock is transmitted as it is, but if it is filled with low-density material in the form of iron or copper wool, the physical impact is absorbed by the material with low density (sponge-like structure) transmission is limited.
  • the magnetic field transfer efficiency is lower than that of the elliptical magnetic core 104, but the rod-shaped magnetic core 504 can be configured, and the electromagnetic wave shielding filter is simply configured compared to the transfer efficiency.
  • the degree of integration can be increased when a large number of array filters are applied.
  • the electromagnetic wave shielding filter of the low-pass filter method as shown in FIG. 7 is composed of inductors 720 and 721, capacitors 723, 724, and 725, lightning protector 727, etc., frequencies below the cutoff frequency pass through, and the cutoff frequency Since it is difficult to pass frequencies higher than the cut-off frequency of the low-pass filter through the shielding facility because it has a structure that passes more than one frequency, in some cases an electromagnetic wave shielding filter is applied in the form of a band-pass filter to pass only a specific band, but these low-pass filters or Since the frequency blocking characteristic near the passband of the band pass filter has a band-stopping attenuation of about 60dB, it is difficult to secure perfect blocking characteristics, and moreover, when a high-powered electromagnetic wave (EMP) signal is input into the band of the band-pass filter, it acts as an electromagnetic wave shielding filter. It's hard to do.
  • EMP electromagnetic wave
  • the high-frequency signal induced by the elliptical magnetic core 104 is transmitted only in the structure of the differential mode according to the law of electromagnetic induction (Equation 1) of Maxwell's equation. Therefore, electromagnetic waves of a common mode, such as high-output electromagnetic waves, cannot be transferred from the primary coil 102 to the secondary coil 103 through the elliptical magnetic core 104.
  • the diameter of the elliptical magnetic core applied in this embodiment is about 3 to 10 mm, when a high-output electromagnetic wave of a certain value or more is input, the magnetic flux of the elliptical magnetic core 104 is saturated, so that more than a certain amount of energy is transmitted to the secondary coil. Therefore, it is possible to protect the receiving end and the transmitting end of the communication equipment connected to the secondary side output of the elliptical magnetic core.
  • the components constituting the electromagnetic wave shielding filter are high-frequency elements, they are all composed of passive elements, so the possibility of damage is very low. The reason is that it does not contain substances that oxidize or change chemical properties over time. .
  • the elements included in the low-pass filter (FIG. 7), in particular, the lightning protector 727, the capacitors 726, 720, and 721, etc. have a lifespan and cannot be used permanently, and are parts that need to be replaced when damaged or at regular intervals
  • the equipment inside the shielding facility can be used without interruption, and the ferrite core 104 is broken by impact or 1 Since the phenomenon in which the primary coil 102 and the secondary coil 103 are damaged due to overcurrent hardly occurs, the electromagnetic wave shielding filter according to the present embodiment can have a permanent lifespan.
  • the material of the elliptical magnetic core 104 applied to the electromagnetic wave shielding filter according to the present embodiment is a material having good high frequency characteristics and high magnetic permeability, so a ferrite material can be used. It can be used in a low frequency band and can be more effective in a higher frequency band because the NiMn type ferrite material has low electrical conductivity (tens of Mohms) and high magnetic permeability.
  • the electromagnetic wave shielding filter described in this example is designed as an electromagnetic wave shielding filter for high-frequency signals, but if an elliptical magnetic core is applied instead of a ferrite core, it can be used as an electromagnetic wave shielding filter for a 50Hz or 60Hz power line, Due to the structure of the elliptical magnetic core, the distance between the primary coil and the secondary coil may decrease, so transmission efficiency may decrease, but electromagnetic wave shielding characteristics can be secured, so it can be applied as needed.
  • the electromagnetic wave shielding filter shown in FIG. 2 is difficult to shield electromagnetic waves alone, and is composed of a structure in which the enclosure 201 of the shielding filter is closely attached to the wall or ceiling of the shielding facility 207 and can be used in a shielding facility structure in which all hexahedrons are blocked. All currently constructed shielding facilities are built with this structure and are filters applied to these facilities.
  • Holes are formed in the part forming the shielding and penetrating part of the elliptical ( ⁇ -shaped) magnetic core, and when ZnMn type ferrite is used as the elliptical magnetic core, the ferrite tile itself has high electrical conductivity (low resistance, several tens of ohms), and the presence of magnetic core holes Even if there is, it can maintain the same shape as if it is blocked from the electromagnetic wave point of view.
  • the hole through which the magnetic core passes can be viewed as a structure in which electromagnetic shielding may be damaged from the electromagnetic wave point of view, but as shown in Table 1, the hole diameter (d, 306) and This can be solved by adjusting the depth (g, 307).
  • the ferrite material itself has a function of absorbing electromagnetic waves, even if a hole exists, it has little effect in terms of whether there is electromagnetic shielding damage or not.
  • FIG. 6 is a honeycomb used in the ventilation part of an electromagnetic wave shielding facility. It is a component that allows air to pass through and shields electromagnetic waves. Although there are holes (Fig. 6), electromagnetic waves can be shielded within the cut-off frequency of the honeycomb.
  • the following table is the electromagnetic shielding effect calculation formula determined by the diameter and depth of the honeycomb of the electromagnetic shielding facility. ) and depth (g) (see FIGS. 3 and 6), it can be seen that electromagnetic wave shielding is possible below the shielding frequency even if there is a hole that can damage electromagnetic wave shielding.
  • the shielding effect is maintained at 96dB at 18GHz, so even if there is a hole, electromagnetic waves are shielded below the cut-off frequency determined by the depth and diameter of the hole. is possible
  • NiMn type ferrite even when NiMn type ferrite is applied, it is possible to have a structure capable of maintaining electromagnetic shielding without damage to electromagnetic shielding even when electrical conductivity is low (high resistivity material) and holes exist from the perspective of electromagnetic waves.
  • the electromagnetic wave shielding filter (FIG. 1) does not require a capacitive element and an inductive element required for configuration in the existing low-pass or band-pass filter, and is particularly lightning protection, which is a protection device from strong external impulse. There is no need for ki or EMP protection device 207.
  • Elements inside the electromagnetic wave shielding filter (FIG. 7) are elements with a lifetime and need to be replaced periodically, resulting in time and cost losses.
  • the advantage of the magnetic transmission type filter compared to this low pass filter type is that it has a high electromagnetic wave shielding effect of 100 dB or more in all frequency bands, and even the pass band of the electromagnetic wave shield filter does not exist, and even in the pass band that passes the signal, electromagnetic wave shielding Being able to keep it is the biggest advantage.
  • FIG. 3 is a side view and a longitudinal section of an electromagnetic wave shielding filter including an elliptical magnetic core according to the present embodiment, and the diameter and depth of the through-hole of the magnetic core are indicated.
  • An electromagnetic wave shielding filter including an elliptical magnetic core 304 includes an elliptical magnetic core 304, a primary coil 302, a secondary coil 303, a magnetic core shielding and penetrating portion ( 305), and an outer enclosure 301 of the electromagnetic wave shielding filter.
  • Components included in the electromagnetic wave shielding filter (FIG. 3) are not necessarily limited thereto.
  • FIG. 4 is a diagram showing an electromagnetic wave shielding filter including a double elliptical magnetic core according to the present embodiment.
  • An electromagnetic wave shielding filter including an elliptical core includes two elliptical magnetic cores, two primary coils 402, three secondary coils 403, and a magnetic core shielding and penetrating portion 405. ), and in order to transmit high-frequency signals from digital communication such as Ethernet signals to the inside of the shielding facility, the transmitter and receiver are separately configured to enable simultaneous transmission and reception.
  • Components included in the electromagnetic wave shielding filter (FIG. 4) are not necessarily limited thereto.
  • FIG. 5 is a view showing an electromagnetic wave shielding filter including a rod-shaped (I-shaped) magnetic core according to the present embodiment.
  • An electromagnetic wave shielding filter (FIG. 5) including a rod-shaped (I-type) core includes a rod-shaped (I-type) magnetic core 504, a primary coil 502, a secondary coil 503, a magnetic It is composed of a core shielding and penetrating portion 505, and the signal transmission efficiency is lowered compared to the elliptical magnetic core 104, but it can be configured in a relatively simple manner.
  • Components included in the electromagnetic wave shielding filter (FIG. 5) are not necessarily limited thereto.
  • Figure 6 is a simplified diagram showing the honeycomb shape installed in the vent part of this electromagnetic shielding facility, showing the diameter (g, 602) and depth (d, 603) of the hole, and the amount of electromagnetic shielding effect is determined as a function of the two terms This is a diagram to show that electromagnetic wave shielding is possible below a specific cutoff frequency even if an electromagnetic opening exists.
  • FIG. 7 is a view showing a currently generally used low-pass filter type electromagnetic wave shielding filter for a high-frequency signal line, which is composed of inductors 720 and 721, capacitors 723, 724, and 725, and a surge protector 725, which is input to the filter input terminal.
  • the signal passed through has a characteristic that it passes only below a specific cutoff frequency and is blocked above that. In some cases, it is used in combination with a band-pass filter or high-pass filter, but if an interference signal or high-power signal is input into the passband of the shielding filter, it passes through the shielding filter and is transmitted to the output, so equipment in the shielding facility may be damaged. Most likely.

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Abstract

전자파 차폐필터를 구성함에 있어 저역통과필터 또는 대역통과필터 방식이 아니라 자계전달방식으로 구성하여 원하는 신호는 전송하면서 원하지 않는 전자파는 차폐를 유지하는 필터 구성 방식이다. 본 실시예는 필터의 내부에 타원형 페라이트 자기코어를 구성하고 양단에 1차 코일과 2차 코일을 설치한 후 타원형 자계 코어에 차폐 및 관통부를 전자파 차폐 재질로 마무리를 하여 1차코일 측의 신호는 자계 형태로 2차 코일로 전송하고 나머지 원하지 않는 공통 모드 성분은 제거하는 구조를 갖는 고주파 통신용 전자파 차폐필터에 관한 것이다.

Description

전자파 차폐필터
본 발명의 일 실시예는 전자파 차폐필터에 관한 것으로 전자파 차폐시설 내로 필요로 하는 고주파 신호는 통과를 하고 이외의 간섭 주파수 성분은 차단하는 필터에 관한 것이다.
이하에 기술되는 내용은 단순히 본 실시예와 관련되는 배경 정보만을 제공할 뿐 종래기술을 구성하는 것이 아니다.
일반적으로 전자파 차폐시설의 차폐효과 성능을 검증하기 위해서는 EEEE-std-299 또는 MIL-STD-188-125-1/2, 국립전파연구원 고시 제2016-10와 같은 규격에 따라 차폐시험 실시하여 전자파 차폐시설의 차폐 성능을 확인한다.
전자파 차폐시설은 기본적으로 외부와 내부가 전자기파적으로 분리가 되어 있으며, 외부의 전자파 환경에서 시설 내부의 서버나 통신 장비가 영향을 받지 않도록 설계가 된 시설로 인력이나 장비의 이동을 위한 차폐도어와 내부로 전력 공급이나 통신을 하기 위한 전자파 차폐필터를 이용하여 전자파 차폐시설 내부와 외부가 연결이 된다.
현재 사용되는 기존의 일반적인 전자파 차폐필터는 저역통과필터를 사용하여 전자파 차폐를 원하는 10kHz~100kHz 이상부터 수~18 GHz까지 대역의 고대역은 차단하고, 전력공급과 같이 60Hz 의 낮은 주파수는 통과하는 저역통과 필터를 일반적으로 사용하고 경우에 따라 대역통과 필터를 사용하여 특정 대역만 통과하는 형태로 구성하기도 하고, 고주파 통신주파수가 저역통과필터의 차단주파수보다 높은 통신 대역 주파수(예; 500MHz)인 경우는 광전 변환 후 광케이블을 통하여 입력하고 다시 전광 변환을 하여 신호는 전송을 하면서 전자파 차폐를 유지하는 방식으로 차폐시설 내부와 외부를 연결한다.
일반적으로 가장 낮은 주파수까지 전자파 차폐를 하는 군용 EMP 차폐필터로 사용되는 저역통과방식 전자파 차폐필터가 3dB 손실을 갖는 차단주파수가 10kHz 부근이며 이 보다 차단 주파수를 더 낮추면 공급 전력에 손실을 주기 때문에 10kHz 차단 주파수가 통상 하한선이다. 그래서 10kHz 이하의 주파수 보내면 이 보다 낮은 주파수는 필터를 통과할 수 있기 때문에 필터의 역할이 제한되는 상황이 발생한다. 이처럼 현재까지 사용중인 저역통과방식의 전자파 차폐필터로는 전 주파수 대역을 차단하고 원하는 주파수 대역의 신호 만 통과시키는데 한계가 있어 전자파 차폐 필터 구성에 있어 근본적인 구조적 변화가 필요하다.
본 실시예는 필터의 내부에 전자파 차폐면의 외부와 내부를 결정하는 부분에 투자율이 높은 재질의 타원형 구조의 자기 코어를 배치하고 전자기파를 차폐할 수 있는 적절한 깊이와 직경을 갖는 코어 차폐 및 관통부를 통하여 고주파 전자파 신호를 1차 코일에서 차동모드 형태로 바꾸고 타원형 자기코어에서 차동모드 자기장 형태로 차폐시설 외부에서 내부로 전달하고 2차 코일에서 다시 차동모드의 고주파 신호를 복원하여 원하는 고주파 신호는 전달하는 한편, 원하지 않는 공통모드 형태의 전자파는 차단하여 저역통과방식이나 대역통과방식의 필터에서 전자파 차폐를 구성하는 것에 목적이 있다.
본 실시예의 일 측면에 의하면, 전자파 차폐시설의 한쪽 차폐 벽면에 설치되는 전자파 차폐필터는 투자율이 높은 타원형(ㅁ형) 자기코어 구조의 양쪽 짧은 쪽에 1차 코일 및 2차 코일이 권취되는 구조이며 타원형 자기코어의 중간에는 높은 전도도(낮은 저항성)를 갖는 소재로 구성하여 전자파 차폐 필터 내부가 종단으로 전자파 차폐가 가능한 깊이와 지름을 갖도록 구성되어 높은 투자율을 갖는 타원형 자기코어 구조를 중심으로 서로 대칭으로 대치되는 형태로 배치되는 1차 코일; 상기 2차 코일, 상기 높은 투자율을 갖는 자기코어(자기경로) 포함하는 외곽 함체; 코어 중심에 종단 방향으로 전기 전도도가 높은(낮은 저항성) 소재로 채워지지는 구조; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자파 차폐필터를 구성한다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 실시예에 의하면, 필터의 내부에 외부와 내부를 결정하는 전자파 차폐경계면에 높은 투자율을 갖는 소재로 자기 경로를 구성하여 차동모드 형태의 고주파 전자파 신호는 타원형(또는 ㅁ자 형태)의 자기 코어를 통하여 자기장을 형태로 외부에서 내부로 전달하며 타원형 자기코어 주위와 차폐 필터 함체 내부면에는 높은 전도도(낮은 저항성)를 갖는 소재로 채워져 전자파를 차폐할 수 있는 형태를 갖추고 있어 전자파 차폐시설 외부와 내부의 전기장과 자기장을 차폐하는 구조를 갖기 때문에 무선 고주파 신호는 통과하지만 나머지 전자파는 모든 주파수 대역에 걸쳐 차폐를 할 수 있는 효과가 있다.
또한 고주파 신호 자체는 차동모드(Differential mode) 구조라 통과가 가능하지만 외부 노이즈 등 고출력 전자파 등은 공통모드(Common mode)라 타원형 자기코어를 통과하는 것이 어려워 통과를 원하는 신호 이외의 노이즈는 전 대역에 걸쳐 차단이 되는 효과가 있다. 기존 대역통과필터나 저역통과필터 방식 전자파 차폐 필터에 대비하여 차별되는 특징이다.
도 1은 본 실시예에 따른 타원형(ㅁ형) 자기코어와 자기코어 차폐 및 관통부를 포함하는 전자파 차폐필터를 나타낸 도면이다.
도 2는 본 실시예에 따른 타원형 자기코어와 자기코어 차폐 및 관통부를 포함하는 전자파 차폐필터를 전자파 차폐시설에 적용한 예를 나타낸 도면이다.
도 3는 본 실시예에 따른 타원형 자기코어를 포함하는 전자파 차폐필터를 측면 및 종단면으로 전자파 차폐필터를 나타낸 도면이다.
도 4은 본 실시예에 따른 동시에 고주파 신호를 동시에 송신 및 수신 할 수 있도록 이중 타원형 자기코어 및 1차, 2차 코일 셋트를 포함하는 전자파 차폐필터를 나타낸 도면이다.
도 5는 본 실시예에 따른 막대형(I형) 자기코어와 자기코어 차폐 및 관통부를 포함하는 전자파 차폐필터를 적용한 예를 나타낸 도면이다
도 6는 본 전자파 차폐시설의 공기 배기용으로 사용하는 허니컴의 모양을 나타낸 도면이다.
도 7는 일반적으로 사용되는 저역통과필터형 전자파 차폐필터를 나타낸 도면이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
101, 201, 301, 401, 501 : 전자파 차폐 필터 함체
202, 302, 402, 502: 1차 코일
104, 204, 304, 404 : 타원형(ㅁ형) 자기 코어(자기 경로)
504 : 막대형(I형) 자기 코어(자기 경로)
203, 303, 403, 403, 503: 2차 코일
105, 205, 305, 405, 505 : 자기 코어 차폐 및 관통부(고 도전성 소재)
206 : 전자파 차폐 도어
601 : 허니컴
602 : 허니컴의 직경(g)
603 : 허니컴의 깊이(d)
720, 721 : 인덕터
723,724, 725 : 커패시터
726 : 낙뢰보호기(MOV, Arrestor)
이하, 본 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 실시예에 따른 타원형 자기코어를 포함하는 전자파 차폐필터를 나타낸 도면이다.
본 실시예에 따른 타원형(ㅁ형) 코어를 포함하는 전자파 차폐필터는 전자파 전자파 차폐 함체(101), 타원형(ㅁ형) 자기 코어(102), 1차 코일(102), 2차 코일(104), 자기코어 차폐 및 관통부(105)를 포함하는 전자파 차폐필터에 포함된 구성요소는 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
타원형 자기 코어를 포함하는 전자파 차폐필터는 도 1에 도시된 바와 같이, 전자파 차폐시설의 한쪽 차폐 벽면에 필터를 설치할 때 1차 코일(102)과 2차 코일(103)이 타원형 자기코어 양단에 설치가 되고 타원형 자기 코어(103)은 고주파 특성이 우수하고 높은 투자율을 갖는 소재를 적용하여 1차 코일(102) 에서 통과를 원하는 신호에 의하여 형성된 자기장 형태로 타원형 코어를 경유하여 반대쪽 코어로 전달되어 반대쪽 2차 코일(103)에서 다시 전압 형태로 변경된다. 2차 코일(103)에서 1차 코일(102)로의 반대의 경우도 가능하다.
1차 코일(130) 측에 통신을 위한 신호를 인가하면 자기장으로 변경이 되어 타원형 자기 코어(103)을 경유하여 2차 코일에 유기 및 전달된다. 다시 2차 코일에 전달된 자기장은 2차코일에 의하여 전압 형태로 변환되어 받은 신호를 복구해 낼 수 있다. 하지만 이 상태로는 전자파 차폐 기능이 없는 변압기 형태이지만 여기에 타원형 자기 코어 주변에 높은 전기 전도도(낮은 저항성)을 갖는 소재로 차폐 필터 내부 벽면을 채우면 자기코어를 감싸는 터널 형태의 구조가 형성되며 전자파 차폐를 할 수 있는 조건을 형성하게 된다.
또한 타원형 페라이트 타일의 물리적인 내구성이 약한 편이라 타원형 자기코어 차폐 및 관통부를 구성함에 있어 철솜이나 동솜과 같은 형태의 적용하면 제작시에도 용이하지만 외부 충격에도 상당한 보호 효과가 있을 수 있다. 밀도가 강한 금속 형태로 필터 함체와 코어 부분이 채워지면 외부 충격이 그대로 전달이 되지만 철솜이나 동솜 형태로 밀도가 낮은 소재로 채워지면 물리적 충격이 밀도가 낮은 (스폰지와 비슷한 구조) 소재가 흡수하여 충격의 전달이 제한적이다.
본 실시예의 도1에 있어서 자기 코어를 구성함에 있어 자계 전달 효율은 타원형 자기코어(104)에 비하여 떨어지지만 막대형 자기 코어(504)를 구성할 수 있으며 전달 효율성에 비하여 전자파 차폐필터를 간단하게 구성할 수 있고 다수의 배열 필터를 적용할 경우 집적도를 올릴 수 있는 장점도 있다.
도7와 같은 저역통과필터 방식의 전자파 차폐 필터는 인덕터(720, 721) 캐피시터(723, 724, 725), 낙뢰보호기(727) 등으로 구성이 되며, 차단 주파수 이하의 주파수는 통과를 하고 차단 주파수 이상의 주파수를 통과하는 구조라 저역통과 필터의 차단 주파수 보다 높은 주파수를 차폐시설로 통과시켜 보내는 것은 어렵기 때문에 특정 대역만 통과하도록 대역통과필터 방식으로 전자파 차폐필터를 적용하는 경우도 있지만 이러한 저역통과필터나 대역통과필터의 통과대역 근방의 주파수 차단 특성이 60dB 정도의 대역 저지 감쇄를 유하므로 완벽한 차단 특성을 확보하기 어렵고 더욱이 대역통과필터의 대역내로 고출력 전자파(EMP) 신호가 입력되면 전자파 차폐필터의 역할을 하기가 어렵다.
그러나 본 실시예에 따른 전자파 차폐필터(도1)는 타원형 자기코어(104)에 유기되는 고주파 신호가 맥스웰 방정식의 전자기 유도 법칙(수식1)에 따라 차동모드(Differential Mode)의 구조에서 만 전달이 되기 때문에 고출력 전자파와 같이 공통 모드(Common mode)의 전자파는 1차 코일(102)에서 타원형 자기 코어(104)를 통과하여 2차 코일(103)로 전달 될 수 없다.
Figure PCTKR2022007025-appb-I000001
[수식1]
또한 본 실시예에서 적용되는 타원형 자기 코어의 지름이 3~10mm 정도이기 때문에 일정값 이상의 고출력 전자기파가 입력되면 타원형 자기코어(104)의 자속이 포화가 되기 때문에 2차 코일로 일정 에너지 이상은 전달이 될 수가 없고 이로 인하여 타원형 자기 코어 2차측 출력에 연결된 통신 장비의 수신단과 송신단을 보호할 수 있다.
또한 전자파 차폐 필터를 구성하는 구성 소자가 고주파 소자임에도 불구하고 모두 수동소자로 구성이 되어 손상이 될 가능성이 매우 낮은데 이유는 세월이 경과함에 따라 산화되거나 화학적 성질이 변하는 물질을 포함하고 있지 않기 때문이다.
더욱이 저역통과필터(도7)에 포함되는 소자들 특히 낙뢰보호기(727), 캐패시터(726, 720, 721) 등은 수명이 있어 영구적으로 사용이 불가능하고, 손상시 또는 일정 주기 마다 교체가 필요한 부품들인데, 이러한 부품들이 본 실시예에 따른 전자파 차폐필터(도1)를 적용하면 필요 없어지므로, 차폐시설 내부의 장비들을 중단 없이 사용이 가능하고, 페라이트 코어(104)가 충격에 의하여 깨지거나 1차 코일(102)과 2차 코일(103)이 과전류로 손상되는 현상은 거의 발생할 수 없기 때문에 본 실시예에 따른 전자파 차폐필터는 영구적인 수명을 가질 수 있다.
본 실시예에 따른 전자파 차폐필터에 적용되는 타원형 자기 코어(104)의 소재는 고주파 특성이 좋고 높은 투자율을 갖는 소재라 페라이트 재질이 사용될 수 있으며 ZnMn 타입의 페라이트는 높은 전도도(수십 오옴) 정도라 비교적 낮은 주파수 대역에서 활용될 수 있고 NiMn 타입의 페라이트 소재가 낮은 전기 전도도(수십M 오옴)를 갖고 높은 투자율을 갖기 때문에 더 높은 주파수 대역에서 더 유효할 수 있다.
추가로 본예시에서 기술하는 전자파 차폐필터는 고주파 신호용 전자파 차폐필터로 고안된 것이지만 타원형 자기코어를 페라이트 코어 대신 적층형 철심 자기코어를 적용하면 50Hz 또는 60Hz 전원라인을 위한 전자파 차폐 필터로도 사용이 가능하며, 타원형 자기코어 구조상 1차코일과 2차 코일의 간격이 멀어져 전송 효율은 저하될 수 있지만 전자파 차폐 특성을 확보할 수 있기 때문에 필요에 따라 적용이 가능할 것이다.
도 2에 도시된 전자파 차폐 필터는 단독으로는 전자파 차폐가 어려우며 차폐시설(207)의 벽면이나 천정에 차폐 필터의 함체(201) 밀착된 구조로 구성이 되며 육면체 모두가 차단된 차폐시설 구조에서 사용될 수 있으며 현재 구축되는 차폐시설들 모두 이러한 구조로 건축되고 이런 시설들에 적용되는 필터이다.
타원형(ㅁ형) 자기 코어 차폐 및 관통부를 형성하는 부분에 구멍이 형성되고 ZnMn 타입의 페라이트를 타원형 자기 코어로 사용하는 경우 페라이트 타일 자체의 전기 전도도가 높아(낮은 저항, 수십 오옴) 자기 코어 구멍의 존재가 있어도 전자기파 관점에서는 막힌 것과 같은 형태를 유지할 수 있다. 그리고 타원형 자기 코어를 NiMn 타입의 페라이트를 적용하는 경우 자기 코어가 관통하는 구멍을 전자기파 관점에서는 전자파 차폐가 손상될 수 있는 구조로 볼 수 있지만 (표1) 과 같이 구멍의 직경(d,306)과 깊이(g,307)을 조정하므로써 이를 해결할 수 있다. 또한 페라이트 재질 자체가 전자파를 흡수하는 기능이 있어 구멍이 존재해도 전자파 차폐 손상의 유무의 관점에서는 영향이 적다.
도6은 전자파 차폐시설의 환기부에 사용하는 허니컴으로 공기는 통하면서 전자파는 차폐가 되도록 하는 구성품으로 구멍(도6)은 있지만 전자파는 허니컴의 차단 주파수 이내에서는 전자파를 차폐할 수 있다.
다음 표는 전자파 차폐시설의 허니컴의 지름과 깊이에 의하여 결정되는 전자파 차폐효과 계산식으로 관통구의 물리적 구멍의 형태가 사각형, 원, 육각형 주조에 따라 전자파 차폐효과가 달라질 수 있지만 기본적으로 관통구의 지름(d)과 깊이(g)를 (도3, 도6 참조) 조정함으로써 전자파 차폐를 손상시킬 수 있는 구멍이 있어도 차폐주파수 이하에서는 전자파 차폐가 가능함을 알 수 있다.
Figure PCTKR2022007025-appb-I000002
[표1]
예를 들어 육각형태의 허니컴에서 깊이(d)가 20mm 이고 가장 긴 지름이 3mm 인 경우 18GHz에서는 차폐효과가 96dB가 유지되고 되므로 구멍이 존재해도 구멍의 깊이와 지름에 의하여 결정된 차단 주파수 이하에서는 전자파 차폐가 가능하다.
따라서 NiMn 타입의 페라이트를 적용하는 경우에도 전기 전도도가 낮아(고 저항성 소재) 전자기파 관점의 구멍이 존재하여도 전자파 차폐 손상 없는 전자파 차폐를 유지할 수 있는 구조가 가능하다.
본 실시예에 따른 전자파 차폐필터(도1)는 기존 저역통과방식이나 대역통과 방식필터에서 구성상 필요한 용량성 소자와 유도성 소자가 필요 없고, 특히 외부 강한 임펄스성 충격에 의한 보호 장치인 낙뢰보호기나 EMP 보호장치(207)가 필요가 없어진다. 전자파 차폐필터(도7) 내부의 소자들은 수명이 있는 소자들로 주기적인 교체가 필요하여 시간적 비용적 손실이 발생한다. 이러한 저역통과필터 방식 대비 자계전송방식 필터의 장점은 전 주파수 대역에서 100 dB 이상의 높은 전자파 차폐효과 특성을 갖고, 심지어 전자파 차폐 필터의 통과 대역이 따로 없을 뿐더러 신호를 통과 시키는 통과대역에서 조차 전자파 차폐를 유지하게 되는 것이 되는 것이 가장 큰 장점이다.
도 3은 본 실시예에 따른 타원형 자기 코어를 포함하는 전자파 차폐필터 측면 및 종단면을 나타낸 도면으로 자기코어 관통구의 직경과 깊이에 대한 표시를 하였다.
본 실시예에 따른 타원형 자기 코어(304)를 포함하는 전자파 차폐필터(도3)는 타원형 자기코어(304), 1차 코일(302), 2차 코일(303), 자기코어 차폐 및 관통부(305), 전자파 차폐 필터의 외곽 함체(301)을 포함한다. 전자파 차폐필터(도3)에 포함된 구성요소는 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
도 4는 본 실시예에 따른 이중 타원형 자기 코어를 포함하는 전자파 차폐필터를 나타낸 도면이다.
본 실시예에 따른 타원형 코어를 포함하는 전자파 차폐필터(도4)는 타원형 자기코어 2개, 1차 코일(402) 2개, 2차 코일(403) 3개, 자기코어 차폐 및 관통부(405)로 구성되어 있으며 이더넷 신호와 같은 디지털 통신에서 차폐시설 내부로 고주파 신호를 전달하기 위하여 송신부와 수신부를 개별적으로 구성하여 동시에 송신 및 수신을 가능하게 한다. 전자파 차폐필터(도4)에 포함된 구성요소는 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
도 5는 본 실시예에 따른 막대형(I형) 자기 코어를 포함하는 전자파 차폐필터를 나타낸 도면이다.
본 실시예에 따른 막대형(I형) 코어를 포함하는 전자파 차폐필터(도5)는 막대형(I형) 자기코어(504), 1차 코일(502), 2차 코일(503), 자기코어 차폐 및 관통부(505)로 구성되어 있으며 타원형 자기 코어(104)에 비하여 신호 전송 효율은 저하되지만 비교적 간단한 방식으로 구성이 가능하다. 전자파 차폐필터(도5)에 포함된 구성요소는 반드시 이에 한정되는 것은 아니다
도 6은 본 전자파차폐시설의 환풍구 부분에 설치되는 허니컴 형상을 나타낸 간략 도면으로 구멍의 직경(g, 602)와 깊이(d, 603)를 나타내며 두 항에 의한 함수로 전자파 차폐효과의 양이 결정이 되며, 전자기적인 개구면이 존재해도 특정 차단주파수 이하에서는 전자파 차폐가 가능함을 보여주기 위한 도면이다.
도 7는 현재 일반적으로 사용하는 고주파 신호선용 저역통과필터 방식 전자파 차폐 필터를 나타낸 도면으로 인덕터(720,721)와 캐패시터(723, 724, 725)과 서지 보호기(725) 등으로 구성이 되고 필터 입력단으로 입력된 신호는 특정 차단 주파수 이하에서만 통과가 되고 그 이상은 차단되는 특성을 가지고 있다. 경우에 따라 대역통과필터나 고역통과필터와 병합하여 사용하는 경우도 있지만 차폐필터의 통과대역 내로 간섭 신호나 고출력 신호가 입력되는 경우 차폐필터를 통과하여 출력으로 전달되기 때문에 차폐시설 내의 장비가 손상될 가능성이 높다.
이상의 설명은 본 실시예의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 실시예들은 본 실시예의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 실시예의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 실시예의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 실시예의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (9)

  1. 전자파 차폐 필터의 중앙부에 설치되는 타원형(ㅁ형) 페라이트 자기코어로 구성되고;
    상기 타원형 페라이트 자기 코어를 중심으로 서로 대칭으로 대치되는 형태로 배치되는 1차 코어와 2차 코어;
    상기 타원형 코어에 권취되는 1차 코일;
    상기 타원형 코어에 권취되는 2차 코일;
    상기 타원형 자기 코어를 감싸는 코어 관통 및 차폐부 ;
    상기 1차 코어, 상기 2차 코어, 상기 타원형 페라이트 자기 코어, 자기코어를 면접촉으로 감싸고 차폐필터 내부면과 밀착되는 자기코어 차폐 및 관통부를 포함하는 전자파 차폐 필터 외곽 함체;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자파 차폐필터.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 타원형 자기 코어를 통하여 고주파 특성이 좋고 높은 투자율을 갖는 코어를 적용하여 자계 형태로 신호 전송은 유지하면서 자기 코어 주변을 자계 코어 차폐 관통부를 이용하여 전자기적으로 차폐하여 상기 1차 코일과 상기 2차 코일 간의 전자기 차폐를 유지하는 것을 특징으로 하는 전자파 차폐필터.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 자기 코어는 타원형(ㅁ형) 페라이트 코어가 적용되는 것을 특징으로 하는 전자파 차폐필터.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 자기 코어는 막대형(I형) 페라이트 코어가 적용되는 것을 특징으로 하는 전자파 차폐필터.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 타원형 자기 코어 중심부 주변에 전자파 차폐 필터의 내부 벽면과 면으로 접지 및 차폐되는 자기코어 차폐 및 관통부의 재질이 철, 구리, 알루미늄 등의 높은 도전성(낮은 저항성) 재질로 구성되는 것을 특징으로 하는 전자파 차폐필터.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 자기코어 차폐 및 관통부를 구성함에 있어 높은 도전성(낮은 저항성) 재질인 철솜이나 동솜과 같은 저밀도 고도전성 형태로 구성된 것을 특징으로 하는 전자파 차폐필터.
  7. 제2항에 있어서,
    상기 타원형(ㅁ형) 자기 코어가 2중 또는 다중으로 적용되어 동시에 고주파 통신의 송신과 수신을 동시에 할 수 있는 것을 특징으로 하는 전자파 차폐필터.
  8. 제2항에 있어서,
    상기 막대형(I형) 자기 코어가 2중 또는 다중으로 적용되어 동시에 고주파 통신의 송신과 수신을 동시에 할 수 있는 것을 특징으로 하는 전자파 차폐필터.
  9. 제2항에 있어서,
    상기 자기 코어는 타원형(ㅁ형) 적층형 철심 코어가 적용되는 것을 특징으로 하는 전자파 차폐필터.
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