KR101521806B1 - 광대역 감쇠를 위한 관통도파관 - Google Patents

Abstract

본 발명은 관통도파관에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 전산 및 통신 장비가 내장되는 전자파 차폐 구조체에 구비되어 상기 전산 및 통신 장비에 연결되는 다수의 광케이블 등이 상기 전자파 차폐 구조체 내부로 인입될 수 있도록 하며, 이 때 외부의 다른 장비에서 발생하는 전자파가 상기 관통도파관을 통하여 전자파 차폐 구조체 내부로 유입되는 것을 방지하는 광대역 감쇠를 위한 관통도파관에 관한 것이다.
이를 위하여 본 발명은, 도체로 이루어져 중공이 형성되는 관통도파관 및 상기 중공의 내측 벽면에 구비되는 전자파 흡수부재를 포함한다.

Description

광대역 감쇠를 위한 관통도파관{PENETRATION WAVEGUIDE FOR BROADBAND ELECTROMAGNETIC ATTENUATION}

본 발명은 관통도파관에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 전산 및 통신 장비가 내장되는 전자파 차폐 구조체에 구비되어 상기 전산 및 통신 장비에 연결되는 다수의 광케이블 등이 상기 전자파 차폐 구조체 내부로 인입될 수 있도록 하며, 이 때 상기 다수의 광케이블 및 외부의 다른 장비에서 발생하는 광대역 전자파가 전자파 차폐 구조체 내부로 유입되는 것을 방지할 수 있는 관통도파관에 관한 것이다.

관통도파관(waveguide feed-thru)은 전자파 차폐 시설이나 함체 내부에 설치되는 전산/통신 장비의 통신선 연결을 위해 필수적인 부품으로서, 양 종단이 개방된 원통 도체 파이프 구조로서, 전자파 차폐 함체 내/외부를 관통하도록 설치되어 장비간의 통신선(광케이블)이 연결될 수 있도록 하는데 이용된다.

일반적으로 도파관(waveguide)은 마이크로파 대역 이상의 전자파를 전송하는데 주로 이용되는 전송선로(transmission line)로서, 도파관 개구 크기에 의해 결정되는 차단 주파수(cut-off frequency) 이상의 주파수 성분만을 전송할 수 있다. 도파관은 전송선로의 일부에 유전체가 사용되는 전송선로인 동축 선로(coaxial cable)나 마이크로스트립 전송선로(microstrip line)에 비해, 공기를 매질로 이용하기 때문에 유전 손실(dielectric loss)이 적고 고전력을 수용할 수 있다는 장점을 갖는다. 도파관 내부에 입사된 전자파는 도파관 내부 벽면에서 다중 반사에 의해 진행하게 되기 때문에 자유공간에서의 진행속도 보다 낮은 관내 전송속도(group velocity: 군속도)로 진행하게 된다.

관통 도파관(waveguide feed-thru)은 일반적인 도파관의 용도와는 반대로 전자파는 감쇠(또는 차단)하면서 차폐 함체 내/외부 장비 연결용 통신선(주로 광케이블) 설치를 위해 이용되며, 제작 및 설치 편의성을 고려하여 주로 원통형이 이용된다. 따라서 관통 도파관은 차단 주파수 이하에서 사용되기 때문에 일명 차단 주파수 이하 관통 도파관(WBC : Waveguide Below Cut-off)로도 불리며, 이러한 관통 도파관은 일반적으로 중공의 직경에 대비하여 4~5배 이상의 길이를 갖도록 제작된다.

이와 관련한 선행기술로 국내공개특허공보 제2012-0115697호(도파관 및 도파관의 제조 방법, 2012.10.19. 공개)가 있다.

본 발명은 내부에 전산 및 통신 장비가 설치되는 차폐구조체에 광케이블 연결을 위하여 단일한 관통도파관을 이용하여 복수의 광케이블을 상기 차폐구조체 내부로 인입시킬 수 있는 광대역 감쇠를 위한 관통도파관을 제공하는데 목적이 있다.

상기와 같은 과제를 해결하기 위하여,

본 발명은, 도체로 이루어져 중공이 형성되는 관통도파관 및 상기 중공의 내측 벽면에 구비되는 전자파 흡수부재를 포함한다.

상기 관통도파관은, 원형의 파이프 형상인 것을 특징으로 한다.

상기 전자파 흡수부재는, 시트 타입의 전자파 흡수부재를 상기 중공의 내측 벽면에 부착한다.

상기 관통도파관은, 상기 관통도파관이 설치되는 차폐구조체에 구비되어 상기 차폐구조체 내부에 설치되는 장비에 연결되는 다수의 광케이블이 상기 관통도파관을 관통하여 상기 차폐구조체의 외부로 인출되는 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 과제의 해결 수단에 의하여,

본 발명은, 광대역 전자파 차폐를 위해 차폐구조체에 사용되는 관통 도파관을 종래의 관통 도파관에 대비하여 큰 직경을 가짐으로써, 다수의 광케이블이 단일 관통 도파관에 설치가 가능하여 비교적 단순한 구조를 갖는 차폐구조체를 설계할 수 있어 제작비용을 절감할 수 있는 효과가 있다.

도 1은, 종래의 관통도파관을 도시한 도면.
도 2는, 본 발명에 따른 관통도파관을 도시한 사시도.
도 3은, 도 2의 A-A 단면을 도시한 도면.
도 4는, 도 2의 B-B 단면을 도시한 도면.
도 5는, 전자파를 감쇠하는 전자파 흡수부재를 도시한 도면.
도 6은, 전자파 흡수부재가 구비되지 않은 관통도파관의 직경에 따른 전자파 감쇠능을 도시한 도면.
도 7은, 전자파 흡수부재가 구비되지 않은 관통도파관의 길이에 따른 전자파 감쇠능을 도시한 도면.
도 8은, 본 발명에 따른 전자파 흡수부재가 구비된 관통도파관의 직경에 따른 전자파 감쇠능을 도시한 도면.
도 9는, 본 발명에 따른 관통도파관의 전자파 감쇠능을 측정하기 위한 시험구성도.
도 10은, 본 발명에 따른 전자파 흡수부재가 구비된 관통도파관과, 전자파 흡수부재가 구비되지 않은 관통도파관의 전자파 감쇠능을 비교한 도면.

본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

여기서, 반복되는 설명과 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.

그리고 본 발명의 실시형태는 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해 제공되는 것이다.

따라서, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.

본 발명은 전산 및 통신 장비가 내부에 설치될 수 있는 수용부가 형성된 전자파 차폐 구조체에 구비될 수 있는 관통도파관에 관한 것으로, 일반적으로는 상기 전자파 차폐 구조체의 외부의 장비와 상기 전산 및 통신 장비를 연결하기 위해 상기 전자파 차폐 구조체 내부로 복수의 광케이블이 인입되며, 이 때 상기 전자파 차폐 구조체 내부로 외부의 전자파가 유입되는 것을 최소화하기 위하여 단일한 광케이블이 관통할 수 있을 정도의 작은 직경을 가지는 관통도파관을 복수개로 구비해야 한다. 도 1은 상술한 종래의 관통도파관을 도시한 도면이다.

본 발명은 단일한 관통도파관(10)을 이용하여 복수의 광케이블이 전자파 차폐 구조체 내부로 인입될 수 있도록 하면서도 전자파 감쇠능이 우수하여 상기 전자파 차폐 구조체 내부로 외부의 전자파가 유입되는 것을 최소화 할 수 있는 관통도파관(10)을 제공한다.

도 2는, 본 발명에 따른 관통도파관(10)을 도시한 사시도이고, 도 3은, 도 2의 A-A 단면을 도시한 도면이며, 도 4는, 도 2의 B-B 단면을 도시한 도면이고, 도 5는, 전자파를 감쇠하는 전자파 흡수부재(20)를 도시한 도면이다.

도 2 내지 도 5를 참조하여 본 발명에 따른 광대역 전자파 감쇠를 위한 관통도파관(10)을 설명하면, 도체로 이루어져 중공(11)이 형성되는 관통도파관(10) 및 상기 중공(11)의 내측 벽면에 구비되는 전자파 흡수부재(20)를 포함한다.

상기 관통도파관(10)은 전자파 차폐 구조체의 일측면에 상기 관통도파관(10)의 일단부가 결합되고, 상기 복수의 광케이블이 상기 중공(11)을 관통하여 전자파 차폐 구조체의 내부로 유입될 수 있는 통로 역할을 하게 된다.

상기 중공(11)의 내측 벽면에는 상기 전자파 흡수부재(20)가 구비되어 전자파 차폐 구조체 내부로 유입될 수 있는 외부의 전자파를 감쇠시킨다.

즉, 상기 관통도파관(10)의 중공(11)으로 외부의 전자파가 유입될 때 상기 중공(11)의 내측 벽면에 부착되는 전자파 흡수부재(20)에 의해 외부의 전자파가 중공(11)의 내측 벽면에서 지속적으로 반사되는 과정에서 전자파의 세기가 계속해서 감소되는 것이다.

한편, 상기 전자파 흡수부재(20)는 입사된 전자파 일부를 열로 변환함으로써 반사 또는 투과되는 전자파의 세기를 감소한다. 도체로 이루어지는 상기 관통도파관(10)은 입사된 전자파 대부분을 반사하지만, 상기 관통도파관(10)의 중공(11) 벽면에 상기 전자파 흡수부재(20)가 부착되면 반사량이 감소하게 된다.

따라서 상기 관통도파관(10) 구조와 같이 다중 반사에 의해 전자파가 진행하는 구조 내부에 전자파 흡수체가 설치되는 경우, 도파관 내부로 입사한 전자파가 반대편으로 진행 과정에서, 전자파의 다중 반사에 의해 세기가 지속적인 감소되기 때문에, 반대편으로 전달되는 전자파의 세기를 일정 수준 이하로 감쇄시킬 수 있게 된다.

예를 들어, 0초과 18GHz 범위의 주파수를 갖는 전자파의 차폐가 요구되는 전자파 차폐 구조체의 경우 종래의 관통도파관은 전자파 감쇠능을 위하여 중공의 직경이 9mm 이하로 제한되었으나, 본 발명에 따른 관통도파관(10)은 차폐 성능이 80dB이고, 관통도파관(10)의 내경이 40mm 인 조건에서 광케이블 설치에 이용될 수 있는 전자파 흡수체의 두께를 제외한 중공(11)의 직경(D)이 28mm 이상으로 종래에 대비하여 약 3배 정도로 큰 직경을 갖도록 제작할 수 있는 것이다. 여기에서, 상기 전자파 흡수부재(20)의 감쇠정수 및 두께(t)에 따라 전자파 감쇠능은 달라질 수 있다.

상기 관통도파관(10)은 원형의 파이프 형상이고, 상기 전자파 흡수부재(20)는 시트 타입의 전자파 흡수부재(20)를 파이프 형상의 관통도파관(10)의 중공(11) 내부에 부착하게 된다.

상기 수학식1에서 a는 관통도파관(10)의 직경(D)(mm)이고,

는 차단주파수(GHz)이다.

예를 들어 차단 주파수가 1GHz, 10GHz, 18GHz에 대한 관통도파관(10)의 직경(D)은 각각 175.8mm, 17.58mm 그리고 9.77mm이다. 따라서 10GHz 이상의 주파수 범위에서 사용되는 상기 관통도파관(10)의 직경(D)은 10mm 이하로 작아지게 된다. 또한 모의시험을 통해 종래의 관통도파관 구조에서 80dB 이상의 전자파 차폐효과를 위해 필요한 관통도파관(10)의 직경(D)은, 10GHz의 경우에 11.9mm 이며, 18GHz의 경우에 9mm 이다.

그래서 많은 수의 광케이블을 수용하기 위해 직경이 작은 다수의 관통 도파관을 사용해야 하는 것이다.

그러나, 본 발명에 따른 관통도파관(10)의 내측에는 상기 전자파 흡수부재(20)가 구비되며, 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 중공(11)에서 진행하는 전자파가 상기 전자파 흡수부재(20)에 지속적으로 반사되면서 감쇠되는 정도는 아래의 수학식2에 따른다.

상기 수학식2에서,

는 상기 전자파 흡수부재(20)가 부착된 관통도파관(10)에 입사되는 전자파 세기이고,

과

는 각각 반사파 및 투과파이며, 반사파는 관통도파관(10)과 전자파 흡수부재(20) 경계면에서 발생하는 다중 반사의 합으로 표현된다.

상기 전자파 흡수부재(20) 내부로 침투한 투과파는 상기 관통도파관(10) 및 전자파 흡수부재(20) 경계면에서의 다중 반사에 의해 전자파 흡수부재(20) 내부를 진행하게 되며, 전자파 흡수부재(20)의 감쇠정수(attenuation constant)에 의해 지수함수 형태로 감쇠된다.

상기 전자파 흡수부재(20)의 감쇠정수는 전자파 흡수부재(20)의 비유전율 및 비투자율에 의해 결정되는 값이다.

도 6은, 전자파 흡수부재(20)가 구비되지 않은 관통도파관(10)의 직경(D)에 따른 전자파 감쇠능을 도시한 도면으로써, 상기 관통도파관(10)의 길이(L)는 400mm로 동일하나 그 직경(D)이 10mm~50mm로 10mm 단위로 증가하는 관통도파관(10)의 감쇠능을 도시한 것이다.

도 6에 따르면, 직경(D)이 감소함에 따라 차단주파수가 증가하고, 동일한 주파수에서 직경이 작은 관통도파관(10)의 전자파 감쇠능이 우수한 것을 알 수 있다.

예를 들어, 전자파 감쇠가 60dB 이상인 주파수가 직경(D)이 50mm인 경우에서는 3.4GHz인 반면, 직경이 10mm인 관통도파관(10)에서는 17.48GHz이다. 따라서 주파수가 높아질수록 도파관 직경(D)은 작아져야 한다. 또한 18GHz 이상의 높은 주파수를 차단하기 위해서는 기존 관통 도파관 직경(D)을 10mm 이하로 설계되어야 한다.

도 7은, 전자파 흡수부재(20)가 구비되지 않은 관통도파관(10)의 길이(L)에 따른 전자파 감쇠능을 도시한 도면으로써, 관통도파관(10)의 직경(D)이 50mm 일 때, 그 길이(L)가 400mm, 500mm 및 600mm 일 경우의 전자파 감쇠능을 도시한 것이다.

도 7에 따르면, 상기 관통도파관(10)의 길이(L)가 400mm에서 600mm로 증가하더라도 그 직경(D)에 의해 결정되는 차단주파수가 거의 동일하게 나타나는 것을 알 수 있다.

예를 들면, 3GHz의 동일한 주파수에서 전자파 감쇠는 69dB ~ 79dB 범위로 크게 변화하지 않는다.

도 8은, 본 발명에 따른 전자파 흡수부재(20)가 구비된 관통도파관(10)의 직경(D)에 따른 전자파 감쇠능을 도시한 도면으로, 상기 관통도파관(10)의 길이(L)가 400mm로 동일하나 그 직경(D)은 40mm~70mm로 10mm 단위로 증가하는 경우의 전자파 감쇠능을 도시한 것이다.

도 8에 따르면, 상기 관통도파관(10)의 직경(D)이 감소함에 따라 차단 주파수가 높아지는 것을 알 수 있다. 그러나 직경(D)이 40mm인 경우 18GHz 주파수 범위까지 전자파 감쇠는 80dB 이상으로 도 6에서 400mm의 길이와 40mm의 직경(D)을 갖는 경우에 대비하여 우수한 전자파 감쇠능을 보인다.

상술한 바에 따르면, 본 발명에 따른 관통도파관(10)의 전자파 감쇠능은 차단 주파수를 결정하는 관통도파관(10), 즉 상기 중공(11)의 직경(D)과 관통도파관(10)의 길이(L) 및 상기 전자파 흡수부재(20)의 감쇠정수와 두께(t)에 의해 결정된다.

도 9는, 본 발명에 따른 관통도파관(10)의 전자파 감쇠능을 측정하기 위한 시험구성도로써, 전자파 차폐 구조체 내부와 외부에 안테나를 설치하고, 그 사이에 본 발명에 따른 관통도파관(10)을 배치하여 상기 관통도파관(10)을 통해 전달되는 전자파 세기를 측정하는 것이다.

도 9에 도시된 시험구성에 의해 계산되는 전자파 감쇠능은 아래의 수학식3으로부터 계산될 수 있다.

여기에서,

,

은 본 발명에 따른 전자파 흡수부재(20)가 설치되지 않은 상태에서 측정된 전계 및 전력이고,

,

는 상기 전자파 흡수부재(20)가 설치된 상태에서 측정된 전계 및 전력이다.

도 10은. 상기 도 9에 의한 시험구성과 수학식3에 따른 측정 결과의 예로써, 본 발명에 따른 전자파 흡수부재(20)가 구비된 관통도파관(10)과, 전자파 흡수부재(20)가 구비되지 않은 관통도파관(10)의 전자파 감쇠능을 비교한 도면이다.

도 10에서는, 상기 관통도파관(10)의 직경(D)이 50mm 이고, 길이(L)가 500mm이며 상기 중공(11)에 부착되는 전자파 흡수부재(20)의 두께(t)가 6mm인 경우에 측정된 전자파 감쇠능과, 동일한 직경(D)과 길이(L)를 갖는 관통도파관(10)에 상기 전자파 흡수부재(20)를 제거한 조건에서 측정된 전자파 감쇠능을 비교한 것이다.

도 10에 따르면, 상기 관통도파관(10)의 내부에 전자파 흡수부재(20)가 부착되지 않은 상태에서의 측정 결과(WBC)는 모의시험 결과와 유사하게 3.5GHz 이상의 주파수 성분이 20dB 수준으로 밖에 감쇠되지 않는 반면, 전자파 흡수부재(20)가 상기 중공(11)의 내부에 부착된 관통도파관(10)에서는 18GHz 주파수 범위까지 대부분의 주파수에서 80dB 이상 감쇠(WBC with absorber)되었다.

이처럼 상기 관통도파관(10)의 중공(11) 벽면에 상기 전자파 흡수부재(20)가 구비됨에 따라 낮은 차단 주파수를 갖는(직경이 큰) 관통도파관(10)으로도 높은 주파수 범위까지 높은 전자파 차폐 효과를 기대할 수 있게 된다.

따라서 본 발명을 통해 단일 원통형으로 제작된 관통도파관(10)은 큰 직경을 가지고 있어 다수의 광케이블을 설치하기에 용이하기 때문에 제작에 필요한 재료 및 가공비를 종래에 대비하여 현저히 절감할 수 있는 효과가 있다.

이상 본 발명의 특정 실시예를 도시하고 설명하였으나, 본 발명의 기술사상은 첨부된 도면과 상기한 설명내용에 한정하지 않으며 본 발명의 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 형태의 변형이 가능함은 이 분야의 통상의 지식을 가진 자에게는 자명한 사실이며, 이러한 형태의 변형은 본 발명의 정신에 위배되지 않는 범위 내에서 본 발명의 특허청구범위에 속한다고 볼 것이다.

10 : 관통도파관
11 : 중공
20 : 전자파 흡수부재

Claims (4)

1. 도체로 이루어져 중공이 형성되는 관통도파관; 및
   상기 중공의 내측 벽면에 구비되는 전자파 흡수부재;를 포함하며,
   상기 관통도파관은,
   상기 관통도파관이 설치되는 차폐구조체에 다수의 광케이블이 상기 관통도파관을 관통하여 상기 차폐구조체의 외부로 인출되는 것을 특징으로 하는 광대역 감쇠를 위한 관통도파관.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 관통도파관은,
   원형의 파이프 형상인 것을 특징으로 하는 광대력 전자파 감쇠를 위한 관통도파관.
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 전자파 흡수부재는,
   시트 타입의 전자파 흡수부재를 상기 중공의 내측 벽면에 부착하는 것을 특징으로 하는 광대역 감쇠를 위한 관통도파관.
4. 삭제

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