KR20010015726A - 서지 억제 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 나선형 유도체를 사용하여 하드웨어 장치를 보호하는 장치 및 방법에 관한 것이다. 서지 억제기는 내부 전도체로부터 무선 주파수를 분리함으로써 전기 서지로부터 하드웨어 장치를 보호한다. 서지 억제기는 하우징(220), 내부 유도체(215), 서지 차단 장치(250) 및 나선형 유도체(230)를 포함한다. 서지 차단 장치(250)는 통과하는 전기 에너지의 유동을 차단하기 위해 하드웨어 장치와 직렬로 삽입된다. 나선형 유도체(230)는 전지적 서지를 방출하기 위해 서지 차단 장치에 연결되고 접지에 분류된다.
Description
통신 장비, 컴퓨터, 가정용 스테레오 앰프, 텔레비전 및 다른 전자 장치들은 전기 에너지 서지로부터 손상되기가 상당히 쉬운 작은 전자 부품들을 더욱더 많이 사용하여 제조된다. 노이즈뿐만 아니라 전력 및 송전선 전압의 서지 변동은 장비의 작동 범위를 변화시킬 수 있으며 전자 장치를 심각하게 손상시키거나 파괴시킬 수 있다. 더욱이, 이러한 전자 장치들은 수리 및 교체 비용이 많이 든다. 따라서, 이러한 전자 장치들을 전력 서지로부터 보호하는데 있어 비용 면에서 효과적인 방법이 필요하다.
유해한 전기 에너지 서지를 유발할 수 있는 많은 원인들이 있다. 많은 원인들 중 하나의 원인은 전력 및 송전선에 연결될 수 있는 무선 주파수(RF, radio frequency) 간섭이다. 전력선 및 송전선은 수 마일에 걸쳐 연장될 수도 있는 대형 안테나로서 작용하므로 무선 방송 안테나와 같은 원인으로부터 상당한 양의 RF 노이즈 전력을 모은다. 유해한 RF 에너지의 다른 원인은 컴퓨터와 같은 보호될 장비로부터 나온다. 오래된 컴퓨터일수록 상당한 양의 RF 간섭을 방출할 수도 있다. 다른 유해한 원인은 전력선 및 송전선에 연결된 장비에 의해 발생되고 보호될 장비로 전력선을 따라 전도되는 전도성 노이즈이다. 유해한 전기 에너지의 또 다른 원인은 번개이다. 번개는 5백만 볼트 내지 2천만 볼트의 전압 및 수천 암페어에 이르는 전류로 추정되는 전위를 갖는 복합 전자기 에너지 원인이다.
이상적으로는, 전술한 원인들로부터 방출된 유해한 전기 에너지로부터 하드웨어 장비를 보호할 수 있는, 크기가 소형이고 삽입 손실이 적고 전압 정재파 비율(VSWR, voltage standing wave ratio)이 낮은 서지 억제 장치가 필요하다.
본 출원은 본 명세서에 참고로 첨부된 1997년 10월 14일자로 출원된 미국 가특허 출원 제60/062,097호를 우선권으로서 주장한다.
본 발명은 서지 억제 장치에 관한 것으로, 특히 나선형 유도체와 서지 차단 장치를 구비한 서지 억제기에 관한 것이다.
도1은 본 발명에 따른 서지 억제기의 하나의 실시예의 회로도를 도시한다.
도2는 본 발명에 따른 서지 억제기의 다른 하나의 실시예의 개략적인 회로도를 도시한다.
도3은 도2에 도시된 서지 억제기의 사시도를 도시한다.
도4는 본 발명에 따른 나선형 유도체의 측면도를 도시한다.
도5는 본 발명에 따른 서지 차단 장치의 정면도를 도시한다.
도6은 나선형 유도체의 인덕턴스 및 서지 차단 장치의 용량을 결정하는 반복 과정을 도시한 도면을 도시한다.
본 발명은 전력 서지를 소산시키기 위한 서지 억제기에 관한 것이다. 서지 억제기는 번개와 같은 전기 에너지 서지로부터 하드웨어 장비를 보호한다. 서지 억제기는 내부 전도체와 나선형 유도체를 포함한다. 내부 전도체는 정상 작동 동안에 그를 통과하는 신호를 전파하고, 나선형 유도체는 서지 상태 동안에 전기 에너지를 접지 연결부로 소산시킨다. 나선형 유도체는 내부 전도체와 접지 연결부 사이에 연결된다. 나선형 유도체는 정상 작동 동안에 신호를 내부 전도체를 따라 전도시키기 위해 접지에 대하여 소정의 RF 임피던스에서 작동하여 RF 신호의 손실이 최소이거나 손실이 없게 RF 신호가 서지 억제기를 통과하도록 한다. 유도체의 소정의 RF 임피던스는 작동 임피던스의 적어도 10배이며, 즉 50 ohm의 시스템에 대하여 500 ohm이다.
서지 억제기는 또한 서지 차단 장치를 포함할 수도 있다. 서지 차단 장치는 그를 통과하는 전기 에너지의 유동을 차단하기 위해 보호될 하드웨어와 직렬로 삽입된다. 서지 차단 장치는 전송된 RF 신호에 대해서는 통과시키지만 전기 에너지 서지가 내부 전도체를 통해 보호될 하드웨어로 이동하는 것은 차단할 것이다. 나선형 유도체는 서지에 의해 발생된 전기 에너지를 방출하기 위해 서지 차단 장치에 연결되고 접지에 분류된다.
번개와 같은 서지가 발생하면, 전기 에너지는 나선형 유도체를 통해 접지에 분류되며, 동시에 서지 차단 장치는 파괴적인 번개와 EMP 주파수 및 에너지가 보호될 하드웨어로 통과하는 것을 차단한다.
본 발명의 이점은 1.1:1 이하의 낮은 전압 정재파 비율과 0.1 dB 이하의 적은 삽입 손실을 보장하기 위해 시스템 임피던스에 부합되는 서지 억제기를 제공하는 것이다. 또한, 서지 억제기는 넓은 작동 주파수 대역, 낮은 제조 비용, 소형 크기를 위해 적층된 기구적 조립체, 및 낮은 처리 에너지와 전압을 제공한다.
명세서의 나머지 부분과 첨부된 도면을 참조하면 본 명세서에서 본 발명의 특성과 이점을 더욱더 이해할 수 있다.
이하의 설명에서, 본 발명은 서지 억제기로서 작동하는 양호한 실시예를 참조하여 설명될 것이다. 특히, 본 발명의 특정한 특징들을 예시하는 예들이 설명될 것이다. 그러나, 본 발명은 본 명세서에 설명된 특정한 특징들에 제한되지 않을 뿐만 아니라 본 명세서에 설명된 예들에 제한되지 않는다. 그러므로, 이하의 실시예에 대한 설명은 예시를 위한 것이지 제한을 위한 것은 아니다.
도1은 본 발명에 따른 서지 억제기의 하나의 실시예의 회로도를 도시한다. 서지 억제기(100)는 하드웨어 및 장비를 손상시키거나 파괴시킬 수 있는 전기 서지로부터 하드웨어 및 장비(110)를 보호한다. 서지 상태는 수많은 상이한 상황에서 일어날 수 있으나, 부품 또는 보호될 하드웨어(110)에 연결된 송전선(105)을 번개 전압(120)이 치게 될 때 통상 일어난다. 번개 서지는 주파수가 약 1 MHz까지인 DC 전기 에너지 및 AC 전기 에너지로 구성된다.
이 실시예에서, 서지 억제기(100)는 도4에 도시된 바와 같이 소형의 푸트 프린트(foot print) 설계를 갖는 나선형 유도체(130)를 포함한다. 나선형 유도체(130)의 직경, 표면적, 두께 및 형상은 소정의 작동 주파수 및 전류 처리 성능에 따라 변화한다. 양호한 실시예에서, 반복적인 과정(이하에 설명됨)이 사용자의 특정한 사용을 충족시키기 위해 나선형 유도체의 직경, 표면적, 두께 및 형상을 결정하는데 사용된다. 이러한 소형 크기 및 주파수 범위의 나선형 유도체(130)의 직경은 통상 2.197 cm (0.865 inch)이다. 이러한 소형 크기 및 주파수 범위의 나선형 유도체(130)의 두께는 통상 0.157 cm (0.062 inch)이다. 또한, 나선형 유도체(130)는 외부 방향으로 나선화 된다.
나선형 유도체(130)의 재료 성분은 나선형 유도체(130)를 가로질러 안전하게 소산되는 전하량를 결정하는데 있어 중요한 인자이다. 높은 인장 강도의 재료는 나선형 유도체(130)가 더 많은 전류량을 방출하도록 한다. 양호한 실시예에서, 나선형 유도체(130)는 7075-T6 알루미늄 재료로 만들어진다. 선택적으로, 양호한 인장 강도 및 전도성을 갖는 다른 재료가 나선형 유도체(130)를 제조하기 위해 사용될 수 있다.
보호될 하드웨어(110)는 다른 통신 장비, PC 컴퓨터, 네트웍 커넥터 또는 다른 형태의 서지 민감성 전자 장비일 수 있다. 또한, 보호될 하드웨어(110)는 도2에 도시된 바와 같이 전기 서지로부터 하드웨어(110)를 차폐하는 서지 차단 장치를 내포할 수도 있다.
도2는 본 발명에 따른 서지 억제기의 다른 하나의 실시예의 개략적인 회로도를 도시한다. 서지 억제기(100)는 서지를 수용하는 안테나(170)에 연결되어 있다. 안테나(170) 또는 다른 전도성 표면은 번개가 치는 것을 수용할 수 있다. 양호하게는, 서지 억제기(100)는 최대 보호를 제공하기 위해 보호될 하드웨어(110)에 인접하게 위치된다.
양호한 실시예는 전기 서지를 접지로 방출하는 나선형 유도체(130)와 AC 및 DC 전기 에너지를 차단하는 서지 차단 장치(150)를 포함한다. 양호한 실시예의 나선형 유도체(130)는 전술되었다. 통상, 서지 차단 장치(150)는 합쳐지거나 분할된 형태로 구체화된 축전 장치이다. 선택적으로, 서지 차단 장치(150)는 평행한 로드, 연결 장치, 전도성 판 또는 다른 장치이거나 축전 효과를 발생시키는 요소들의 조합물일 수 있다. 서지 차단 장치(150)의 용량은 사용자에 의한 소정의 작동 주파수에 따라 변동될 수 있다. 반복적인 과정(이하에 설명됨)은 양호하게는 서지 차단 장치(150)의 용량을 결정하기 위해 사용된다.
정상 작동 중에, 보호될 하드웨어(110)는 송전선(105)을 통해 RF 신호를 수용하거나 전달한다. 따라서, 서지 억제기(100)는 양방향으로 작동한다.
서지 상태 동안에, 다량의 전기 에너지는 서지 차단 장치(150)를 향해 이동한다. 따라서, 이러한 작동 모드에서, 서지 억제기(100)는 단일 방향으로 작동한다. 서지 차단 장치(150)는 번개에 의해 발생된 전기 에너지를 차단하고 이 전기 에너지를 나선형 유도체(130)를 통해 접지(140)로 전환시킨다. 서지 차단 장치(150)는 IEC 1000-4-5 8/20 usec 20kA의 사양과 같이 ±3 DC 전압 이하를 통과시키도록 설계되어있다. 나선형 유도체(130)는 전술한 신호 사양에 대응하는 전기 에너지를 소산시키기에 충분한 전도성 및 단면적을 가져야 한다.
하나의 실시예에서, 최소 작동 주파수 범위는 1.7 GHz 내지 2.3 GHz이며, 이 범위 내에서 삽입 손실이 0.1 dB 이하로 특정되고 VSWR이 1.1 : 1 이하로 특정된다. 위에서 발생된 값은 소정의 주파수 범위, 서지 보호 정도 및 RF 성능에 따라 변화할 수 있다.
도3은 도2에 도시된 서지 억제기의 사시도를 도시한다. 서지 억제기(100)는 서지 차단 장치(250)와, 나선형 유도체(230)와, 내부 전도체(215)와, 공동(222), 서지 포트(255) 및 보호될 포트(260)를 구비한 하우징(220)을 포함한다. 내부 전도체(215)는 하우징(220)의 공동(222) 내에 공동(222)과 동심으로 위치된다. 서지 포트(255)는 송전선(205) 또는 안테나(210)에 연결되며, 보호될 포트(260)는 도2 및 도3에 도시된 바와 같이 보호될 하드웨어(110)에 연결된다.
서지 상태 동안에, 서지는 내부 전도체(215)를 통해 서지 포트(255)로 전파된다. 그후, 서지는 나선형 유도체(230)를 통해 접지 연결부로 소산된다. 따라서, 서지가 보호될 포트(260) 및 보호될 하드웨어(110)에 도달하는 것이 방지된다.
정상 작동 동안에, 내부 전도체(215)는 RF 신호를 전송 및 수용한다. 내부 전도체(215)는 임의의 전도성 재료로 제조될 수 있다. 통상, 내부 전도체(215)는 동축 케이블이며 베릴륨 구리 재료로 제조된다.
절연 부재가 하우징(220)의 전체에 걸쳐 여러 위치에 배치된다. 양호하게는, 제1 절연 부재 및 제2 절연 부재(226, 228)가 있다. 절연 부재(226, 228)는 내부 전도체(215)를 하우징(220)으로부터 전기적으로 분리시킨다. 절연 부재(226, 228)는 약 2.3의 유전성 상수를 갖는 테플론(Teflon)과 같은 유전성 재료로 제조될 수도 있다. 절연 부재(226, 228)는 중심 구멍을 갖는 통상 원통 형상이다.
하우징(220)의 공동(222) 내부에 위치된 서지 억제기의 구성 요소에 대해서 지금부터 상세하게 설명하기로 한다. 서지 억제기(100)는 소정의 임피던스, 즉, 50 ohm을 각각 형성하도록 구성된 여러 세그먼트들을 구비한다. 각각의 인접한 세그먼트는 서로 연결되어 있다. 여러 세그먼트들은 서지 포트(255)에서 시작하여 보호될 포트(260)에서 끝나는 것으로 설명될 것이다. 각각의 세그먼트는 A 내지 H로 표시되어 있다. 내부 전도체(215)는 세그먼트(A, B, C, G, H)에 위치되며 약 0.152 cm (60 mil)의 외부 반경을 갖는다.
세그먼트(215A, 215B)는 공기 유전체에 의해 둘러싸여진 내부 전도체(215)를 포함한다. 세그먼트(215B)의 공동의 내부 반경은 약 0.35 cm (137.8 mil)이다.
세그먼트(215C)는 제1 절연 부재(226)에 의해 지지되어 둘러싸여진 내부 전도체(215)를 포함한다. 제1 절연 부재(226)는 약 0.146 cm (57.5 mil)의 내부 반경, 약 0.508 cm (200 mil)의 외부 반경, 및 약 0.826 cm (325 mil)의 길이를 갖는다. 공동(222)의 내부 반경은 약 0.508 cm (200 mil)이다.
세그먼트(215D)는 내부 전도체(215)를 나선형 유도체(230)에 연결시키는 연장부(240)를 포함한다. 연장부(240)는 공동(222) 내에 배치된다. 세그먼트(215D)에서, 공동(222)은 45도의 각을 형성한다. 45도의 각은 50 ohm의 선과 나선형 유도체(230) 사이에 낮은 불연속 조화를 허용한다. 연장부(240)는 약 0.356 cm (140 mil)의 외부 반경을 가지며, 은 도금된 황동 재료로 만들어진다.
세그먼트(215E)는 공동(222) 내에 배치된 나선형 유도체(230)를 포함한다. 나선형 유도체(230)는 약 0.159 cm (62.5 mil)의 내부 반경 및 약 1.099 cm (432.5 mil)의 외부 반경을 갖는다. 나선형 유도체(230)의 내부 나선체(231)는 내부 전도체(215)에 연결되어 있다. 나선형 유도체(230)의 외부 나선체(232)는 하우징(220)에 연결되어 있다. 나선형 유도체(230)는 나선(archemedes), 로그 함수 곡선(logarithmic) 또는 쌍곡선(hyperbolic) 나선체이거나 이들 나선체들의 조합물과 같은 특정의 공지된 형태일 수도 있다. 공동(222)의 내부 반경은 약 1.099 cm (432.5 mil)이다. 하우징(220)은 전기 에너지를 방출하도록 공통의 접지 연결부에 연결된다.
서지 상태 동안에, 전기 에너지는 먼저 나선형 유도체(230)의 내부 나선체(231)에 도달한다. 다음, 전기 에너지는 나선형 유도체(230)의 나선체를 통해 외부 방향으로 소산된다. 전기 에너지가 외부 나선체(232)에 일단 도달하면, 전기 에너지는 하우징(220)을 통해 접지로 소산된다.
세그먼트(215F)는 약 1.016 cm (400 mil)의 내부 반경을 갖는 공동(222) 내에 배치된 서지 차단 장치(250)를 포함한다. 서지 차단 장치(250)는 통상 합쳐지거나 분할된 형태로 구체화된 축전 장치이다. 축전 장치는 2개의 전극을 포함한다. 제1 전극은 제1 판(251A) 및 제1 전이부(252A)를 포함한다. 마찬가지로, 제2 전극은 제2 판(251B) 및 제2 전이부(252B)를 포함한다. 각각의 판(251A, 251B)의 반경은 약 0.617 cm (243 mil)이고, 두께는 약 0.127 cm (50 mil)이다. 각각의 전이부(252A, 252B)의 반경은 약 0.235 cm (92.5 mil)이고, 두께는 약 0.472 cm (186 mil)이다. 각각의 판(251A, 251B)은 각각의 전이부(252A, 252B)보다 용량이 더 크다. 그 결과, 서지 차단 장치(250)는 2개의 판(251A, 251B)과 2개의 전이부(252A, 252B)가 약 50 ohm의 임피던스 경로를 집합적으로 형성하도록 설계된다. 통상, 테플론과 같은 유전성 재료(253)는 2개의 판 사이에 배치된다. 유전성 재료(253)의 두께는 약 0.051 cm (20 mil)이다. 판 사이의 거리뿐만 아니라 사용된 재료도 변동될 수 있다. 판 사이의 면적, 형상, 크기 및 거리는 선택된 작동 주파수 범위에 대한 소정의 임피던스를 이루도록 선택된다. 선택적으로, 서지 차단 장치(250)는 하우징(220)의 외부에 위치될 수도 있다.
세그먼트(215G)는 제2 절연 부재(228)에 의해 지지되고 둘러싸여진 내부 전도체(215)를 포함한다. 제2 절연 부재(228)는 약 0.146 cm (57.5 mil)의 내부 반경, 약 0.508 cm (200 mil)의 외부 반경, 및 약 0.381 cm (150 mil)의 길이를 갖는다. 절연 부재(226, 228)의 크기와 형상은 소정의 임피던스, 즉 50 ohm을 갖는 구조를 형성하도록 설계된다. 공동(222)의 내부 반경은 약 0.508 cm (200 mil)이다.
하우징(220)은 용이한 분해 및 부품 교체를 위해 하나 이상의 구조로 구성될 수 있다. O-링(245)은 수분 또는 물이 하우징(220)으로 유입되지 않도록 서지 억제기(100)를 막기 위해 사용된다. 도3 및 도4에 도시된 바와 같이, 나선형 유도체(230)와 서지 차단 장치(250)는 소형의 크기를 이루기 위해 공동(222)의 내부에 배치된다. 하나의 실시예에서, 나선형 유도체(235)와 서지 차단 장치(230)는 공동(222) 내에 자체 정렬된다.
서지 억제기(100)는 낮은 VSWR을 보장하기 위해 시스템에 부합되는 임피던스인 것이 바람직하다. 통상, 서지 억제기(100)의 임피던스는 서지 포트(255)와 보호될 포트(260) 모두에서 50 ohm이다.
도4는 본 발명에 따라 도시된 나선형 유도체의 측면도를 도시한다. 내부 나선체(231)는 약 0.159 cm (62.5 mil)의 반경을 갖는다. 외부 나선체(232)는 약 1.099 cm (432.5 mil)의 반경을 갖는다. 나선형 유도체(230)는 외부 방향으로 나선화 된다. 양호한 실시예의 나선형 유도체(230)는 3개의 나선체를 갖는다. 나선체의 개수 및 각각의 나선체의 두께는 사용자의 특정한 사용에 따라 변동될 수 있다.
도5는 본 발명에 따른 서지 차단 장치(250)의 정면도를 도시한다. 서지 차단 장치(250)는 명세서의 전체에 걸쳐, 예를 들어 세그먼트(215F)에 설명되어 있다.
도6은 나선형 유도체의 인덕턴스를 결정하는 반복 과정을 도시한다. 반복 과정은 사용자의 특별한 사용에 대한 서지 차단 장치의 용량을 계산하는데 사용될 수도 있다. 초기에 단계(602)에서, 방해 주파수는 대역 폭의 하한치를 선택하여 8개로 분할함으로써 결정된다. 또한, 소정의 임피던스가 선택된다. 방해 주파수는 사용자 대역 폭의 하한치를 한정한다. 소정의 임피던스는 통상 50 ohm이지만, 필요에 따라 다른 값이 되도록 선택될 수도 있다.
다음으로 단계(604)에서, L과 C에 대한 초기 값은 다음의 방정식을 이용하여 계산된다.
(1) L = ZO/(12.6 × fc)
(2) C = 1/(12.6 × fc× Z0)
여기에서,
Z0= 소정의 임피던스
fc= 방해 주파수 = 작동 하한치/8
-3dB 방해 주파수가 약 212 MHz이고 소정의 임피던스가 50 ohm인 양호한 실시예에서, 유도체는 18.7 nH의 값을 가지고 축전 장치는 7.5 pF의 값을 갖는다
다음으로 단계(606)에서, 서지 억제기의 공동의 크기와 유도체의 구속 인자가 한정된다. 서지 억제기의 공동의 최소 크기는 사용된 커넥터의 직경, 즉, N형, BNC 등에 의해 주로 결정된다. 유도체의 구속 인자는 공동의 내경과 같은 크기 결정 구속 인자와 필요한 전도성, 전류 취급, 강성, 사용된 유도체 재료의 형태 및 두께 등과 같은 작동 구속 인자를 포함한다.
일단 유도체의 RF 값, 공동 치수 및 물리적 구속 인자가 한정되면, 나선형 유도체는 단계(608)에 나타난 바와 같이 이러한 모든 요건들은 충족시키도록 설계된다. 설계된 나선형 유도체는 서지 중에 실패 없이 필요한 전류를 전도시키고 필요한 하우징에 맞는 물리적 크기 및 형상과 필요한 방해 주파수를 제공하기 위해 계산된 인덕턴스를 가질 것이다. 나선형 인덕턴스는 나선, 로그 함수 곡선 또는 쌍곡선 나선체, 또는 이러한 나선체들의 조합물과 같이 특별히 공지된 형태일 수도 있다. 또한, 나선형 유도체는 2개 이상의 중첩된 나선체로부터 생긴 형상일 수도 있다. 나선형 유도체는 유도체의 보다 정확한 시뮬레이션이 수행될 수 있게 하기 위해 HP 85123A와 같은 RF 모델링 시스템을 사용하여 설계되는 것이 바람직하다.
나선체는 일단 설계되면, 최종적인 작동 환경과 동일한 하우징 내에 조립되어 설치되며 단계(610)에 나타난 바와 같이 측정된 인덕턴스가 소정의 인덕턴스와 대략 동일한지를 판단하기 위해 시험된다. 당해 기술 분야에서 공지된 바와 같이, 회로 요소를 접지된 외피 내에 설치하면 와류 효과를 유발하며, 이것은 적당한 작동이 이루어지는 것으로 간주되어야 한다.
나선체는 HP 8753 자동 네트웍 분석기와 같은 종래의 공지된 RF 시험 장비를 사용하여 시험된다. 시험 결과가 측정된 인덕턴스와 소정의 인덕턴스 사이에 허용 불가능한 편차를 나타낸다면, 나선형 유도체의 설계 공정은 단계(610)에 나타난 바와 같이 반복된다.
소정의 인덕턴스에 대한 측정된 인덕턴스가 허용 범위 내에 있다면, 관통선을 갖는 서지 억제기는 단계(612)에 나타난 바와 같이 측정된다. 관통 측정은 중요한 RF 주파수에 걸쳐 기준선 삽입 손실 측정을 제공하게 된다. 양호한 실시예에서, 중요한 주파수 범위는 1.7 GHz 내지 2.3 GHz이다.
다음으로 단계(614)에서, 단계(612)에서 측정된 것과 동일한 치수의 관통선 및 (분류되어) 접지하기 위해 관통선으로부터 연결된 나선형 유도체를 갖는 서지 억제기는 중요한 RF 주파수 범위에 걸쳐 삽입 손실에 대해 측정된다. 다음, 이러한 측정은 분류 나선형 유도체의 부가에 의해 얼마나 많은 삽입 손실 저하가 발생하는 지를 나타내기 위해 이전의 관통 측정과 비교된다. 분류 유도체에 더한 관통선의 삽입 손실이 허용 범위 내에 있지 않으면, 단계(608, 610, 612)들이 반복된다. 다른 측정, 예를 들어, 단일 포트의 측정은 서지 억제기를 제한하기 위해 삽입 손실 측정을 대신하거나 삽입 손실 측정에 부가하여 사용될 수도 있다.
분리 나선형 유도체에 더하여 관통선의 삽입 손실이 허용 범위 내에 있으면, 서지 차단 직렬 축전 장치는 단계(616)에 나타난 바와 같이 서지 억제기 내에 포함되도록 설계된다. 축전 장치는 계산된 용량을 가지도록 설계되고, 공동의 특정 내경 내에 끼워 맞춰지도록 설계되고, 서지 상태를 견디기 위한 물리적 특성을 가지도록 설계된다. 관통선, 분류 유도체 및 직렬 축전 장치의 조합물은 2차원 또는 3차원 CAD 시스템을 사용하여 시뮬레이션될 수도 있다. 사용된다면, 서지 억제기의 성능을 보다 최적화시키기 위해 분류 나선형 유도체, 직렬 서지 차단 축전 장치 및/또는 이들의 분리의 설계에 대한 수정이 이루어질 수 있다. 특히, 축전 장치의 전극의 형상과 크기를 변경하면 회로의 성능을 보다 최적화시키기 위해 분리 나선형 유도체의 유효 인덕턴스가 변화된다는 것을 발견하였다.
단계(618)에서, 관통선, 분리 나선형 유도체 및 직렬 서지 차단 축전 장치를 합체한 새로운 서지 억제기는 전술한 시험 장비 또는 이와 유사한 시험 장비를 사용하여 제조 및 시험된다. 서지 억제기가 소정의 주파수 범위에 걸쳐 허용 불가능한 삽입 손실을 나타낸다면, 축전 장치의 설계 및/또는 관통선을 따른 위치는 소정의 수준에 대한 응답을 조정하기 위해 수정될 수도 있다. 특히, 축전 장치의 간격, 직경 및 유전성 재료는 삽입 손실 응답을 허용 한계 내로 조정하기 위해 변경될 수도 있다. 소정의 변수(들)를 허용 한계 내로 조정하는데 있어 축전 장치의 수정이 성공적이지 않다면, 단계(608, 610, 612, 614, 616, 618)들이 반복된다.
서지 억제기는 허용 가능한 삽입 손실 및/또는 다른 한정 변수를 나타낸다면, 단계(620)에 나타난 바와 같이, RF 전력 처리 및 환경 시험을 위해 제공될 수 있다. 특히, 서지 억제기는 높은 수준의 RF 에너지와 작동 중에 부딪힐 환경, 온도 및 진동 상태에 노출된다. 서지 억제기가 소정의 범위에 걸쳐 작동하는 것이 실패한다면, 단계(608, 610, 612, 614, 616, 618)들이 반복된다.
서지 억제기는 충분한 RF 전력 처리 능력을 가지고 있고 환경 스트레스의 허용 범위를 견딜 수 있다면, 단계(622)에 나타난 바와 같이 서지 한정에 종속된다. 서지 제한은 번개가 치는 것을 시뮬레이션하기 위해 다양한 환경 조건 하에서 서지 억제기를 고전류 펄스에 노출시키는 것을 수반할 수도 있다.
설계 공정에 대한 다른 실시예가 물론 가능하다. 예를 들어, 분리 나선형 유도체만을 갖는 서지 억제기의 실시예에서, 단계(606, 608, 612, 614, 620, 622)들만이 수행될 필요가 있다. 특히, 나선형 분리 유도체의 인덕턴스 값만이 판단되고 시험될 필요가 있다. 계속해서, 관통선에 대한 삽입 손실 및/또는 다른 변수(들)는 분리 나선형 유도체를 더한 관통선이 소정의 주파수 범위 내의 허용 가능한 영역 내에서 작동하는 것을 판단하기 위해 제한 변수(들)로서 사용된다. 결론적으로, RF 전력 취급, 환경 및 서지 제한은 전술한 바와 같이 발생된다.
양호한 실시예가 특정의 축전 장치 및 나선형 유도체와 함께 도시되었지만, 전술한 정확한 요소가 본 발명에 사용될 필요는 없다. 그래서, 축전 장치 및 나선형 유도체의 값은 하나의 실시예를 예시하기 위한 것이지 본 발명을 한정하기 위한 것은 아니다.
이상 본 발명은 특정 실시예들을 참조하여 설명되었다. 다른 실시예들도 당해 기술 분야의 통상의 기술자에게는 명백할 것이다. 따라서, 본 발명은 첨부된 청구의 범위에 의해 나타난 것을 제외하고는 제한하고자 하는 것이 아니다.
Claims (20)
- 서지 억제기에 있어서,신호를 전도시키는 내부 전도체와,상기 내부 전도체와 접지 연결부 사이에 연결된 나선형 유도체를 포함하며,상기 나선형 유도체는 정상 작동 동안에 상기 내부 전도체를 따라 상기 신호를 전파하기 위해 그리고 서지 상태 동안에 전기 에너지를 상기 접지 연결부로 소산시키기 위해 소정의 RF 임피던스에서 작동하는 것을 특징으로 하는 서지 억제기.
- 제1항에 있어서, 상기 내부 전도체는 하우징의 공동 내에 배치되며, 상기 내부 전도체와 상기 공동은 동축선을 형성하는 것을 특징으로 하는 서지 억제기.
- 제1항에 있어서, 통과하는 상기 전기 에너지를 감쇠시키기 위해 상기 내부 전도체와 상기 나선형 유도체에 연결된 서지 차단 장치를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 서지 억제기.
- 제1항에 있어서, 통과하는 상기 전기 에너지를 차단하기 위해 상기 내부 전도체와 상기 나선형 유도체에 연결된 서지 차단 수단을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 서지 억제기.
- 제3항에 있어서, 상기 내부 전도체와 상기 서지 차단 장치는 하우징의 공동 내에 배치되며, 상기 내부 전도체와 상기 공동은 동축선을 형성하는 것을 특징으로 하는 서지 억제기.
- 제3항에 있어서, 상기 서지 차단 장치는 소정의 임피던스를 갖는 구조를 집합적으로 형성하는 제1 판 및 제2 판과 제1 전이부 및 제2 전이부를 포함하는 것을 특징으로 하는 서지 억제기.
- 제3항에 있어서, 상기 서지 차단 장치는 축전기 , 평행한 로드, 연결 장치 및 전도성 판으로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 서지 억제기.
- 제1항에 있어서, 상기 나선형 유도체는 나선, 로그 함수 곡선, 쌍곡선으로 구성되는 그룹으로부터 선택된 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 서지 억제기.
- 전기 서지를 접지로 방출하는 서지 억제기에 있어서,공동, 서지 포트 및 보호될 포트를 구비한 하우징과,무선 주파수 신호를 전송 및 수용하기 위해 상기 하우징의 상기 공동 내에 배치된 내부 전도체와,전기 에너지를 접지 연결부로 방출하기 위해 상기 내부 전도체에 전기적으로 연결된 내부 나선체와 상기 하우징에 전기적으로 연결된 외부 나선체를 구비하고 상기 하우징의 상기 공동 내에 배치된 나선형 유도체와,통과하는 상기 전기 에너지를 감쇠시키기 위해 상기 내부 전도체와 상기 나선형 유도체에 전기적으로 연결되고 상기 하우징의 상기 공동 내에 배치된 축전 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 서지 억제기.
- 제9항에 있어서, 상기 내부 전도체를 상기 하우징으로부터 전기적으로 분리시키기도록 상기 내부 전도체를 상기 공동 내에 지지하기 위해 상기 하우징의 상기 공동 내에 배치되고 상기 내부 전도체에 연결된 절연 부재를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 서지 억제기.
- 제9항에 있어서, 상기 축전 장치는 소정의 임피던스를 갖는 구조를 집합적으로 형성하는 제1 판 및 제2 판과 제1 전이부 및 제2 전이부를 포함하는 것을 특징으로 하는 서지 억제기.
- 제9항에 있어서, 상기 내부 전도체와 상기 공동은 동축선을 형성하는 것을 특징으로 하는 서지 억제기.
- 서지 억제기의 나선형 유도체의 인덕턴스를 결정하는 방법에 있어서,대역 폭의 하한치를 결정하는 단계와,소정의 임피던스를 결정하는 단계와,상기 대역 폭의 하한치를 상수로 나눔으로써 방해 주파수를 계산하는 단계와,인덕턴스에 대한 초기 값을 결정하는 단계와,공동의 크기를 결정하는 단계와,유도체의 구속 인자를 결정하는 단계와,인덕턴스 값을 측정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제13항에 있어서, 상기 상수는 8인 것을 특징으로 하는 방법.
- 제13항에 있어서, 상기 소정의 임피던스는 50 ohm인 것을 특징으로 하는 방법.
- 제13항에 있어서, 인덕턴스에 대한 초기 값을 결정하는 단계는 소정의 임피던스를 12.6과 방해 주파수의 곱으로 나눔으로써 결정되는 것을 특징으로 하는 방법.
- 통신 시스템에 있어서,내부 전도체를 통해 신호를 수용 및 전송하기 위해 안테나에 연결된 통신 장비와,서지 상태 동안에 상기 안테나 또는 상기 내부 전도체에서 발전된 과도한 전기 에너지를 차단하는 서지 억제기와,상기 내부 전도체와 상기 접지 연결부 사이에 연결된 나선형 유도체를 포함하며,상기 나선형 유도체는 정상 작동 동안에 상기 내부 전도체를 따라 상기 신호를 전파하기 위해 그리고 상기 서지 상태 동안에 상기 전기 에너지를 상기 접지 연결부로 소산시키기 위해 소정의 RF 임피던스에서 작동하는 것을 특징으로 하는 통신 시스템.
- 제17항에 있어서, 상기 서지 억제기는 상기 전기 에너지를 감쇠시키기 위해 상기 나선형 유도체에 연결된 축전 장치를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 통신 시스템.
- 제17항에 있어서, 상기 서지 억제기는 상기 나선형 유도체를 내부에 배치하도록 형상화된 공동을 구비한 하우징을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 통신 시스템.
- 제19항에 있어서, 상기 서지 억제기는 상기 내부 전도체를 상기 하우징으로부터 전기적으로 분리시키기도록 상기 내부 전도체를 상기 공동 내에 지지하기 위해 상기 공동 내에 배치되고 상기 내부 전도체에 연결된 절연 부재를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 통신 시스템.
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