위성 및 발사체 등 지상 및 우주에서 운용되는 시스템은 발사 및 궤도 내 운용환경에서의 다양한 전자파환경에 노출되며 이를 모사하는 전자파환경시험을 전자파챔버에서 수행하게 된다. 전자파챔버에서의 전자파환경시험은 크게 방출시험과 내성시험으로 구분된다. 그 중 복사성 내성시험은 안테나를 통해 방출되는 전기장 에너지를 시험 대상 유니트 또는 시스템에 복사함으로서 발생되는 시험품의 정상동작 여부를 판단하는 시험이다. 이 때, 안테나로부터 복사되는 전기장의 세기는 주파수 및 안테나 타입에 따라 상이한 형상을 가지므로 시험품에 복사되는 전기장 에너지 또한 그에 따른 형상을 가지게 된다. 이에 따라 전자파챔버에서 복사성 내성 시험을 수행할 때 주파수 및 안테나 타입에 따른 필드 균일성 패턴을 측정하고 안테나 빔 중심과 그 주변에서 발생되는 전기장 세기를 정량적으로 평가함으로써 시험품에 대한 복사성 내성시험을 수행함에 있어 시험품 영역에 따른 내성특성을 확인할 수 있을 것이다. 본 논문에서는 한국항공우주연구원 전자파챔버에서 사용하는 복사성 내성 시험용 안테나에 대해 시스템 및 유니트 시험영역에서 필드 균일성 시험을 수행함으로서 위성 또는 발사체 시스템 및 유닛에 복사되는 전기장의 분포 특성을 분석하였다.
기술의 발달과 정보화 사회로의 이행은 각종 전기, 전자 기기 사용의 양적, 질적 증가를 가져 왔으며 이에 따른 불요 전자파는 전기, 전자 기기 상호간의 장해, 인체에의 유해 등 기술적, 사회적 문제로 나타나 고 있다. 따라서, 전자파 환경을 보호하기 위하여 전자파 장해 검정 제도가 국, 내외 적으로 시행되고 있으며 또한 열악한 전자파 환경에서 정상적인 동작을 보장하기 위한 전자파 내성이 요구되고 있다. 이러한 전자파 내성을 국제 전기 표준 위원회(IEC)에서는 그 원인에 따라 ESD 내성(정전기 방전), 방사 내성, EFT 내성(급격한 과도 현상), Surge 내성, 전도 내성 등으로 분류하고 있으며 원인별 시험 기술기준도 작성되고 있다. (IEC 801 시리즈)
논문은 전자파 방사 및 내성 요구조건을 만족하도록 개발되어야 하는 위성발사체용 GPS 수신기 시스템에 대하여 수행된 전자파시험을 다루고 있다. 수차례에 걸쳐서 수행된 전자파시험을 통하여 전자파환경에서의 성능이 개선된 GPS 수신기 시스템은 주어진 전자파환경 규격을 모두 만족하였다. 본 논문은 수행된 전자파시험의 Part II로 MIL-STD-461E에 주어진 CS101, CS114, CS115, CS116, RS103 규격에 대한 내성시험 결과를 제시한다.
불요전자파, EMI의 규제 목적은 공중통신에 할당된 주파수를 보호하고 저전압 고속으로 동작하는 자동화 기기 즉 프로세서 제어기기의 오동작을 방지하기 위해 실시된다. 이에 반해 전자파 내성시험, EMS는 전기전자 기기가 각종 전자기적인 환경에 대해 얼마만큼 견딜 수 있는냐 혹은 오동작을 방지하기 위해 평가하게 된다. EMI 관련규정의 경우 오래전부터 연구 개량되어 일부 계측기 제조업체에서 장비판매를 목적으로 불필요한 규정을 만드는 것을 제외하고 큰 문제가 없다. 전자파 내성시험의 경우 어떤 경우이든 현장에서 발생되는 각종 오동작을 방지할 수 있는 시험항목과 시험레벨이 적용되어 평가되어야 한다. 본 고에서는 현용 IEC 61000-4-시리즈 내성시험항목과 적용 시험레벨의 문제점과 자동화 설비의 오동작간 상관관계에 대해 분석하여 기술한다.
1996년부터 유럽연합을 중심으로 전자파내성(Electromagnetic immunity; 흔히 군사규격에서는 전자파감응성(electromagnetic susceptibility)이라 함) 규제가 본격적으로 시작될 전망이다. 이러한 전자 파내성 규제는 우리가 과거 '80년대 초에 경험했던 전자파방출(electromagnetic emission; 흔히 electro- magnetic interference 라고도 표현한다) 규제에 비해 규제주파수가 대폭 확장됨(9KHz - 1GHz .rarw. 50/60 Hz - 40 GHz)은 물론, 규제항목도 크게 늘어나기(2개 항목 .rarw. 11개 항목)때문에 본격 규제가 시작되면 우리 산업체에 큰 피해를 초래할 것으로 우려된다. 특히 "복사 전자기장에 대한 전자파내성 요구사항"은 일부 전자파내성 측정항목을 포함하고 있던 안전규 격 등에서도 다루고 있지 않던 것으로서 우리에게는 매우 생소한 항목이다. 이 항목은 과거 미국의 군사 규격등에서 요구했던 항목인데, 앞으로 각국의 상용규격에도 대폭 추가될 것으로 보인다. 이러한 규제는 우리의 생활환경에서 결코 빼놓고 생각할 수 없는, 동시에 가장 큰 전자파장해원인 의도적 복사로서의 방 송신호 및 각종 무선통신 신호에 대해 전기, 전자기기가 전자파내성을 갖고, 성능저하나 오동작을 유발하 지 않아야 함을 요구하는 것이다. 이러한 항목의 평가를 위해서는 대형 시험환경(EMS chamber)과 표준 전자기장 발생장치(signal genera- tors + high power amplifiers), 그리고 오동작 모니터링 장치(monitorring equipments) 등이 필요하기 때 문에 평가시스템 구성에 막대한 비용이 소요된다. 따라서 시스템 구성에 매우 신중을 기해야 하며, 관련 국제표준화규격을 사전에 철저히 이해하여 관련 시험검사를 위한 투자계획을 수립하는 것이 바람직하다. 본 고에서는 복사 전자기장에 대한 대표적인 국제표준화규격을 소개하고, 나아가서 그러한 항목의 평가 시스템의 설계 및 구현에 대해서 설명할 것이다.
본 논문에서는 EMC(electromagnetic compatibility) 시험 규격 KN 61000-4-3 '방사성 RF 전자기장 내성 시험'에서 사용되는 균일장과 이를 바탕으로 하여 시험 시 균일하게 인가되는 전계강도에 대한 환경 변화 요소를 파악하여 방해요인을 분석한다.
초록 1 본 논문은 전자파 방사 및 내성 요구조건을 만족하도록 개발되어야 하는 위성발사체용 GPS 수신기 시스템에 대하여 수행된 전자파시험을 다루고 있다. 수차례에 걸쳐서 수행된 전자파시험을 통하여 전자파환경에서의 성능이 개선된 GPS 수신기 시스템은 주어진 전자파환경 규격을 모두 만족하였다. 본 논문은 수행된 전자파시험의 Part I으로 시험개요와 MIL-STD-461E에 주어진 CE102, CE106, RE102 규격에 대한 방사시험 결과를 제시한다.
환경시험은 개발된 제품이 해당 운용환경에서 설계 성능을 발휘하는가를 운용성과 신뢰성 유지 측면에서 수행하고 있다. 항공전자장비에 대한 환경적합성 시험은 주로 개별 부품 단위로 수행되고 있으며 민간용 규격으로서 RTCA DO-160E이 활용되고 있다. 군용 환경규격은 항공분야 뿐만 아니라 전 군수품에 적용하고 있는 MIL-STD-810F 이외에 전자기 환경분야에는 MIL-STD-461E 등이 적용되고 있다. 항공전자장비에 대한 민간용과 군용 환경시험요건을 분석하여 그 연관성을 검토하였으며 특히 전자기 적합성 요건에 대하여 민간과 군용 규격을 비교 분석하여 민군 겸용화의 방향을 제시하고자 한다.
EMI/EMS 측정을 위해서는 주변 전자파 잡음(background noise)이 낮은 야외시험장(Open Area Test Site)이 가장 바람직하나, 근래 전자(전기 기기 사용의 증가와 방송.무선통신 시스템의 다양화로 인한 인공잡음(artificial noise)의 증대로 조건에 부합된 부지 선정이 어렵고, 설치 비용이 매우 크며 날씨 변화에 따라 시험 계획이 변경 될 수도 있는 단점이 있다. 전자파 분-무반사실(Semi Anechoic Chamber)은 대부분의 환경 잡음을 감쇠시키므로 야외시험장처럼 장소의 구애를 받지 않아 도시나 혹은 제품 생산지 가까이에 설치 운용이 가능하다. 그러나 큰 설치 공간과 많은 시설 유지 비용을 필요로 하며, 저주파 대역에서는 반사에 의한 공진을 완전히 제거할 수 없어 성능이 떨어진다. 또한, 최근 컴퓨터 CPU의 동작주파수가 급속하게 높아지고 PCS, IMT-2000 등과 같은 이동전화의 사용주파수도 계속해서 높아짐에 다라 미연방통신위원회(Federal Communication Commission)에서는 5㎓까지의 복사 방출 시험을 요구하고 있다. IEC 61000-4-3 복사 내성 시험규격도 휴대폰 주파수인 2㎓까지 확장되었으며 IMT-2000, Bluetooth 등 새로운 이동통신서비스가 속속 개발됨에 따라 18㎓ 까지 시험 주파수가 확장되는 추세이다. 그러나, 현재 국내 각 연구실에서 보유하고 있는 야외시험장이나 전자파 반-무반사실의 경우 1㎓이상에서의 시험이 곤란하여 수 ㎓주파수대역에서 시험이 가능한 복사 및 내성시험 시설이 필요하게 되었다. 이러한 문제점들을 해결하기 위해 고안된 대용 측정 시설 중 대표적인 것이 TEM 셀이나 GTEM셀과 같은 TEM 도파관(waveguide) 형태의 장비들이다. 이들은 본래 EMS 측정을 위한 장비이지만 협소한 공간이나 외부와의 전자파 간섭의 우려가 없고, 설치가 비교적 자유로워 여러 연구기관에서 도파관 원리를 이용한 측정 방식을 연구(개발하여 범용적인 전자파 적합성 측정 장비로서 활용하고 있다. 야외시험장과 무반사실 등이 안테나에 의한 피시험기기 주변 공간에서의 1점 측정으로 인해 시험 시간이 많아 소요되는 공통적인 단점이 있는 반면, TEM 도파관에 의한 측정은 일단 피시험기기의 모델링 정보만 얻어지면 계산에 의해 EMI 측정을 바로 할 수 있다. <표 1>에서 현재 상용화되어 사용되고 있는 TEM/GTEM 셀, 야외 시험장 및 전자파 무반사실에 대해 EMI 측정과 관련된 몇 가지 사안에 대해 비교하였다. 본 문서에서는 야외시험장이나 전자파 반-무반사실 등과 같은 기존 EMI/EMS 측정 시설의 단점을 보완하고, 광대역 특성을 갖는 대용 측정 시설로서의 TEM 도파관에 대해 소개하고 야외시험장 결과와의 상관관계 알고리즘 및 표준화 동향에 대해 기술하였다. 2절에서는 대표적인 TEM 도파관 구조의 측정 시설인 TEM 셀과 GTEM 셀의 전기적.구조적 특징에 대해 간단히 기술하고, 3절에서는 TEM 셀과 GTEM 셀에서이 측정결과를 이용하여 야외 시험장 결과를 얻어내는 상관관계 알고리즘에 대해 기술하였다. 4절에서는 IEC/CISPR와 TC77에서의 표준화 활동을 중심으로 현재 진행중인 TEM 도파관 관련 표준화 동향과 내용에 대해 기술하고자 한다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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