KR100465776B1 - 정재파측정실습시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 위상변환을 이용한 간단한 구성으로 송수신안테나간 거리에 따른 정재파의 공간적 분포를 용이하게 측정할 수 있도록 된 정재파측정실습시스템에 관한 것이다.
또한 본 발명에 따른 정재파측정실습시스템은 정재파측정을 위해 송수신안테나간 거리정보를 포함하는 소정 실습항목정보를 입력함과 더불어 이에 대해 정재파측정장치로부터 인가되는 정재파정보를 근거로 실습결과정보를 출력하도록 된 실습프로그램을 구동하기 위한 실습자단말기와, 송수신안테나간 거리정보에 대응되는 위상변환정보가 저장된 위상변환정보저장부를 구비하고, 상기 실습자단말기로부터 제공되는 실습항목정보를 근거로 소정 진행파를 발생함과 더불어 상기 위상변환정보저장부로부터 송수신 안테나간 거리정보에 대응되는 위상변환정보를 독출하여 이를 근거로 상기 진행파의 위상을 변화시킴으로써 진행파에 대한 반사파를 생성하며, 이 진행파와 반사파를 근거로 정재파를 생성하여 상기 실습자단말기로 제공하는 정재파측정장치로 구성되는 것을 특징으로 한다.

Description

정재파측정실습시스템{Standingwave exercise system}
본 발명은 위상변환을 이용한 간단한 구성으로 송수신안테나간 거리에 따른 정재파의 공간적 분포를 용이하게 측정할 수 있도록 된 정재파측정실습시스템에 관한 것이다.
최근 통신시스템에 대한 연구개발이 확산되고 있으며, 이에 따라 통신시스템을 이해하기 위한 전문교육의 필요성도 대두되고 있는 실정이다.
그러나, 현재 교육기관에서 행해지는 교육은 이론교육에 그치고 있으며, 이러한 이론교육에 의해 양성된 인재들은 실제 통신시스템의 개발에 바로 투입되기 어려운 실정이다. 피교육자 역시 이론만 가지고 통신원리를 이해하기에는 어려움이 있게 된다.
이에, 최근에는 통신시스템 교육을 위한 실습장치가 개발되고 있다.
특히, 신호의 전송특성을 이해하기 위한 방법으로는 정재파 측정법이 있으며, 정재파(Standing Wave)란 도1에 도시된 바와 같이 전송로상에서 신호원에서 발생한 진행파와 선로의 특성임피던스(Z0)와 부하임피던스(ZL) 사이의 부정합에 의해 발생하는 반사파가 서로 합쳐져 생성되는 하나의 정지된 파를 의미한다. 도1에서는 전송되는 파장이고 Zg는 전원인 소스쪽의 내부임피던스이다.
그리고, 공간적으로 분포하는 정재파의 크기를 측정하기 위해서는 도2에 도시된 바와 같이 전파신호 파장의 수배 내지 수십배되는 전송선로를 설치하고, 전송선로 위에 송신안테나와 수신안테나 및 반사체를 설치한 후 수신안테나를 움직여가면서 송수신안테나간 거리별 정재파의 크기를 측정하게 된다.
그러나, 상기한 정재파측정실습방법은 송신안테나로부터 출력되는 진행파에 대해 다중경로에 의한 반사파가 존재하게 되어 해당 장치가 설치된 실습공간이 전파무반사실이라는 특수한 환경이 아니면 진행파에 대한 정확한 정재파형을 찾기가 어렵다는 문제가 있게 된다.
또한, 수신안테나를 실습자가 일일이 움직여가면서 정재파측정을 해야하므로 실습과정에 어려움이 있음은 물론, 정재파측정결과가 정확하지 못하게 되는 문제가 발생하게 된다.
이에 본 발명은 상기한 사정을 감안하여 창출된 것으로, 거리와 상관관계에 있는 위상을 변화시켜 진행파에 대한 다양한 반사파를 생성하여 정재파를 측정할 수 있도록 함으로써, 거리변화를 위해 수신안테나를 물리적으로 이동시키는 불편함 없이도 수신안테나의 위치변화에 따른 정재파를 정확하게 측정할 수 있도록 된 정재파측정실습시스템을 제공함에 기술적 목적이 있다.
도1은 정재파의 개념을 설명하기 위한 도면.
도2는 공간분포의 정재파측정방법을 설명하기 위한 도면.
도3은 본 발명에 따른 정재파측정실습시스템의 개략적인 구성을 도시한 도면.
도4는 도3에 도시된 실습자단말기(10) 및 정재파측정장치(20)의 내부구성을 기능적으로 분리하여 나타낸 블록구성도.
******* 도면의 주요부분에 대한 간단한 설명 *******
10 : 실습자단말기, 20 : 정재파측정장치,
11 : 실습프로그램저장부, 12 : 키입력부,
13 : 표시부, 14,21 : 결합포트,
15,29 : 제어부, 22 : 신호발생부,
23 : 신호분배부, 24 : 위상천이기,
25 : 신호합성부, 26 : 전력검파부,
27 : 데이터메모리, 28 : 위상변환정보저장부.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 정재파측정실습시스템은 정재파측정을 위해 송수신안테나간 거리정보를 포함하는 소정 실습항목정보를 입력함과 더불어 이에 대해 정재파측정장치로부터 인가되는 정재파정보를 근거로 실습결과정보를 출력하도록 된 실습프로그램을 구동하기 위한 실습자단말기와, 송수신안테나간 거리정보에 대응되는 위상변환정보가 저장된 위상변환정보저장부를 구비하고, 상기 실습자단말기로부터 제공되는 실습항목정보를 근거로 소정 진행파를 발생함과 더불어 상기 위상변환정보저장부로부터 송수신 안테나간 거리정보에 대응되는 위상변환정보를 독출하여 이를 근거로 상기 진행파의 위상을 변화시킴으로써 진행파에 대한 반사파를 생성하며, 이 진행파와 반사파를 근거로 정재파를 생성하여 상기 실습자단말기로 제공하는 정재파측정장치로 구성되는 것을 특징으로 한다.
이하 본 발명에 따른 실시예를 도면을 참조하여 설명한다.
도3은 본 발명에 따른 정재파측정실습시스템의 구성을 기능적으로 분리하여 나타낸 블록구성도이다.
도3에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 정재파측정실습시스템은 실습자가 정재파측정을 위한 소정 실습항목을 입력함과 더불어, 실습자에 의해 설정된 환경에서의 정재파결과정보를 출력하기 위한 실습자단말기(10)와, 이 실습자단말기(10)와 결합되어 실습자단말기(10)로부터 인가되는 실습항목정보를 근거로 진행파를 발생함과 더불어 이 진행파의 위상을 변환시켜 반사파를 생성하고, 진행파 및 반사파에 따른 정재파를 생성하여 그 결과정보를 실습자단말기(10)로 제공하는 정재파측정장치(20)로 구성된다.
여기서, 상기 실습자단말기(10)는 개인용컴퓨터(PC)로 구현되며, 정재파측정실습에 따른 각종 GUI화면를 생성하기 위한 소정 실습프로그램이 설치되어 구성된다. 그리고, 상기 실습자단말기(10)는 RS232C 포트를 통해 정재파측정장치(20)와 결합된다.
도4는 도3에 도시된 실습자단말기(10) 및 정재파측정장치(20)의 내부구성을 기능적으로 분리하여 나타낸 블록구성도이다.
도4에 도시된 바와 같이, 실습자단말기(10)는 정재파측정 실습에 따른 입출력정보를 제공하기 위한 각종 GUI화면정보를 생성하기 위한 프로그램 즉 정재파측정프로그램정보가 저장되는 실습프로그램저장부(11)와, 실습자가 소정 정재파측정 실습을 위한 각종 실습항목정보를 입력하기 위한 키입력부(12), 정재파측정실습에 따른 각종 입출력화면정보를 출력하기 위한 모니터등의 표시부(13), 상기 정재파측정장치(20)와 예컨대 RS232C 결합하기 위한 제1 결합포트(14) 및, 상기 키입력부(12)로부터 인가되는 실습정보를 제1 결합포트(14)를 통해 정재파측정장치(20)로 송출하고, 정재파측정장치(20)로부터 인가되는 실습결과정보를 실습프로그램저장부(11)로 제공하여 이에 대한 결과화면정보를 상기 표시부(13)로 출력하도록 제어하는 제1 제어부(15)를 포함하여 구성된다.
또한, 정재파측정장치(20)는 상기 실습자단말기(10)와 물리적으로 결합하기 위한 제2 결합포트(21)와, 이후 설명할 제2 제어부(29)로부터 인가되는 제어신호를 근거로 소정 파장 및 소정 세기의 진행파(S1(t))를 발생하기 위한 신호발생부(22), 신호발생부(22)로부터 인가되는 진행파(S1(t))를 제1 방향과 제2 방향으로 각각 분배 출력하는 방향성결합기로 구성되는 신호분배부(23), 신호분배부(23)의 제2 방향으로 출력되는 진행파(S1(t))의 위상을 소정 레벨 변화시켜 소정 반사파(S2(t))를 생성하여 출력하는 위상천이기(24), 상기 신호분배부(23)의 제1 방향으로 출력되는 진행파(S1(t))와 상기 위상천이기(24)로부터 출력되는 반사파(S2(t))를 합성하여 소정 정재파(S(t))를 생성하는 컴바이너로 구성되는 신호합성부(25), 상기 신호합성부(25)로부터 인가되는 정재파(S(t))를 검파하여 전력레벨을 측정하는 전력검파부(26)를 포함하여 구성된다.
또한, 상기 정재파측정장치(20)는 이후에 설명할 제2 제어부(29)에서 처리되는 각종 데이터를 일시 저장하기 위한 데이터메모리(27)와, 실습용단말기(10)로부터 인가되는 실습항목정보, 예컨대 거리정보에 대응되는 위상정보가 저장되는 위상변환정보저장부(28) 및, 상기 실습자단말기(10)로부터 인가되는 실습항목정보를 근거로 상기 각 장치를 제어하고 그에 따른 정재파측정 실습결과정보를 디지탈신호로 변환하여 실습용단말기(10)로 송출하도록 제어하는 제2 제어부(29)를 포함하여 구성된다.
여기서, 상기 제2 제어부(29)는 아날로그신호를 디지털신호로 변환하는 A/D변환모듈을 구비하여 구성된다.
그리고, 실습자단말기(10)로부터 정재파측정장치(20)로 제공되는 실습항목정보는 진행파의 파장과 신호세기정보로 구성되는 진행파설정정보와, 송수신안테나간 거리정보인 반사파설정정보로 구성된다. 상기 제2 제어부(29)는 실습자단말기(10)로부터 인가되는 진행파설정정보를 근거로 신호발생부(22)를 통해 소정 진행파를 발생하도록 제어하고, 위상변환정보저장부(28)에서 실습자단말기(10)로부터 인가되는 반사파설정정보에 대응되는 위상정보를 독출하여 이에 따른 위상천이기(24)의 위상값을 변경설정하도록 제어하게 된다.
이어 상기한 구성으로 된 정재파측정실습장치의 동작을 설명한다.
우선, 실습자단말기(10)와 진행파실습장치(20)는 RS232통신을 수행하도록 유선 결합되고, 실습자단말기(10)에는 본 발명에 따른 정재파측정을 위한 소정 실습프로그램이 저장되며, 상기 진행파실습장치(20)에는 송수신안테나간 거리에 대응되는 위상정보가 저장된다.
상기한 상태에서, 실습자가 실습자단말기(10)를 통해 정재파측정 실습프로그램을 구동시키고, 정재파실습을 위한 소정 실습항목을 입력하게 된다. 이때, 상기 실습항목은 진행파의 신호세기와 파장정보 및 송신안테나와 수신안테나간의 거리정보를 포함하여 구성된다.
이어 실습자에 의해 실습자단말기(10)로 입력된 실습항목정보는 RS232케이블을 통해 정재파측정장치(20)로 인가된다.
정재파측정장치(20)는 실습자단말기(10)로부터 인가되는 실습항목정보를 근거로 각 장치를 제어하여 소정 정재파측정실습결과정보를 생성하고 그 정재파측정실습결과정보를 RS232케이블을 통해 실습자단말기(10)로 송출하게 된다.
즉, 정재파측정장치(20)의 제2 제어부(29)는 제2 결합포트(21)로부터 인가되는 실습항목정보를 데이터메모리(27)에 저장함과 더불어 실습항목중 진행파의 신호세기 및 파장정보를 신호발생부(22)로 제공하여 실습자에 의해 설정된 형태의 진행파가 발생되도록 제어한다.
신호발생부(22)에서 발생되는 진행파는 신호분배부(23)로 인가되고, 신호분배부(23)는 신호발생부(22)로부터 입력되는 진행파를 컴바이너(25) 및 위상천이기(24)로 각각 분배 출력한다.
한편 위상천이기(24)는 상기 제2 제어부(29)로부터 인가되는 제어신호를 근거로 신호분배부(23)로부터 인가되는 진행파의 위상을 변화시켜 신호합성부(25)로 제공하게 된다. 즉, 상기 제2 제어부(29)는 위상변환정보저장부(28)에서 실습자단말기(10)로부터 인가되는 송수신안테나간 거리정보에 대응되는 위상정보를 독출하여 위상천이기(24)로 제공하고, 위상천이기(24)는 이를 근거로 진행파의 위상을 변화시키게 된다.
여기서, 상기 위상변환정보저장부(28)에 저장되는 거리정보에 대응되는 위상정보는 다음과 같이 설정된다.
즉, 수신안테나가 있는 지점에서 진행파 S1(t)와 반사파 S2(t)는 수학식 1과 같다.
‥‥①
‥‥②
‥‥③
이때 A1,A2는 각각 진행파 및 반사파의 크기이고,는 진행파와 반사파 사이의 위상차, d는 송신안테나와 수신안테나 사이의 거리, d'는 수신안테나와 반사체 사이의 거리, 2d'는 진행파와 반사파의 거리차를 나타낸다. 즉 수학식1의 ③과 같이 진행파와 반사파의 위상의 차이는 곧 수신안테나에 도달하는 진행파와 반사파간의 거리가 된다(도2참조).
다시말해 진행파와 반사파 사이에 위상의 변화는 수신안테나에 도달하는 진행파와 반사파의 거리의 변화를 의미하게 되는 것이다.
한편, 도4에서 신호분배부(23)로부터 분배된 진행파는 신호합성부(25)의 제1 입력으로 인가됨과 더불어 위상천이기(24)로 인가되어 위상변환된 진행파 즉 반사파를 생성하여 신호합성부(25)의 제2 입력으로 인가되게 된다.
이어, 신호합성부(25)는 신호분배부(23)로부터 인가되는 진행파와 위상천이기(24)로부터 인가되는 반사파를 합성하여 정재파를 생성하여 전력검파부(26)로 송출하게 된다.
그리고 전력검파부(26)는 컴바이너(25)로부터 인가되는 정재파를 검파하여 전력레벨을 측정한 후 정재파의 전력레벨을 제2 제어부(29)로 제공하게 된다. 이때, 전력검파부(26)에서 측정되는 정재파의 크기는 수학식2와 같다.
즉, 신호합성기(26)로부터 출력되는 정재파의 크기정보는 위상변화값()에따라 다르게 생성되는 것을 알 수 있다.
또한 신호합성기(26)로부터 출력되는 정재파 크기정보는 아날로그신호인 바, 제2 제어부(29)는 A/D변환모듈을 통해 신호합성기(26)로부터 인가되는 아날로그 정재파 크기정보를 디지탈신호로 변환한다.
이어, 제2 제어부(29)는 디지탈 정재파크기정보를 제2 결합포트(21)를 통해 실습자단말기(10)로 제공하게 된다.
한편 실습자단말기(10)는 정재파측정장치(20)로부터 정재파크기정보가 인가되면 현재 실행중인 실습프로그램의 동작에 따라 수신된 정재파 크기정보에 대응되는 정재파 파형을 생성하여 실습자단말기(10)의 표시부(13)로 송출하게 된다.
이때, 실습자단말기(10)의 표시부(13)로 출력되는 정재파측정결과정보는 정재파파형 및 진행파정보와 반사파정보, 송수신안테나간 거리정보를 포함하여 구성된다.
여기서, 실습자는 실습자단말기(10)의 표시부(13)로 출력되는 정재파측정결과정보를 통해 정재파크기의 최대점과 최대점 혹은 최소점과 최소점 사이의 간격은진팽파 파장의 1/2가 됨을 확인할 수 있게 된다.
즉 상기 실시예에 의하면 실습자는 실습자단말기를 통해 송신안테나와 수신안테나간의 거리를 임의적으로 선택하고, 정재파실습장치는 실습자에 의해 설정된 거리정보에 대응되는 위상값을 근거로 진행파에 대한 반사파를 생성하여 이에 따른 정재파를 생성한 후 실습자단말기를 통해 정재파측정결과를 제공함으로써, 실습자는 송수신안테나간 거리에 따른 정재파를 특성을 용이하게 측정할 수 있게 된다.
따라서, 실습자는 송신안테나 및 수신안테나의 구현 없이 간단한 회로구성으로 송신안테나와 수신안테나간 거리에 따른 정재파측정을 수행할 수 있도록 된 정재파실습장치를 제공함으로써, 실습자에게 보다 효과적인 정재파 측정실습을 제공할 수 있게 된다.
한편 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 다양하게 변형 실시하는 것이 가능하다.
이상 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 실습자는 송신안테나 및 수신안테나의 구현 없이 간단한 회로구성으로 송신안테나와 수신안테나간 거리에 따른 정재파측정을 수행할 수 있도록 된 정재파실습장치를 제공함으로써, 실습자에게 보다 효과적인 정재파측정실습을 제공할 수 있게 된다.

Claims (4)

  1. 정재파측정을 위해 송수신안테나간 거리정보를 포함하는 소정 실습항목정보를 입력함과 더불어 이에 대해 정재파측정장치로부터 인가되는 정재파정보를 근거로 실습결과정보를 출력하도록 된 실습프로그램을 구동하기 위한 실습자단말기와,
    송수신안테나간 거리정보에 대응되는 위상변환정보가 저장된 위상변환정보저장부를 구비하고, 상기 실습자단말기로부터 제공되는 실습항목정보를 근거로 소정 진행파를 발생함과 더불어 상기 위상변환정보저장부로부터 송수신 안테나간 거리정보에 대응되는 위상변환정보를 독출하여 이를 근거로 상기 진행파의 위상을 변화시킴으로써 진행파에 대한 반사파를 생성하며, 이 진행파와 반사파를 근거로 정재파를 생성하여 상기 실습자단말기로 제공하는 정재파측정장치로 구성되는 것을 특징으로 하는 정재파측정실습시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 정재파측정장치는 소정 진행파를 발생하기 위한 신호발생부와, 이 신호발생부로부터 인가되는 진행파를 제1 및 제2 방향으로 분배출력하는 신호분배부, 신호분배부의 제2 방향으로 출력되는 진행파의 위상을 변화시켜 소정 반사파를 생성하여 출력하는 위상천이기, 상기 신호분배부의 제1 방향으로부터 인가되는 진행파와 상기 위상천이기로부터 인가되는 반사파를 합성하여 정재파를 생성하는 신호합성부, 상기 신호합성부로부터 인가되는 정재파의 전력레벨을 검파하는 전력검파기 및, 상기 실습자단말기로부터 인가되는 실습항목정보를 근거로 상기 신호발생부를 통해 진행파를 발생함과 더불어 위상천이기의 위상값을 설정하도록 제어하고, 상기 전력검파기로부터 인가되는 정재파의 신호레벨정보를 상기 실습자단말기로 송출하도록 제어하는 제어수단을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 정재파측정실습시스템.
  3. 삭제
  4. 제2항에 있어서,
    상기 실습자단말기는 정재파측정장치로부터 인가되는 정재파 크기정보를 근거로 정재파 파형정보를 생성하여 표시출력하도록 된 것을 특징으로 하는 정재파측정실습시스템.
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