본 논문에서는 전자파 장해 측정용 야외시험장과 전자파 내성 시험장인 완전 무반사실과의 상관계수를 이용하여 완전 무반사실에서 전자파 허용 기준을 제시하였다. FAR Project(SMT4-CT96-2133), CISPR/A/665/DTR, CISPR A/665/DTR 문서들을 분석하고, 이 문서들과 이론적인 수식들을 이용하여 야외시험장과 완전 무반사실의 이론적인 상관계수를 도출하였다. 실험적인 상관계수를 도출하기 위해서 피시험기기를 제작하였으며, 제작된 피시험기기의 전기장 세기를 10 m 야외시험장과 3 m 완전 무반사실에서 측정하였다. 또한, 다중 소스원을 갖는 피시험기기를 위한 허용 기준을 제시하기 위해서, 전기 다이폴과 자기 다이폴의 방사 이론을 프로그램화 하였다. 이 프로그램을 이용하여 다중 소스원을 갖는 피시험기기를 위한 상관계수를 도출하였다. 이론적, 실험적 상관계수를 이용하여 완전 무반사실에서 전자파 허용 기준을 새롭게 제시함으로써 완전 무반사실이 야외시험장의 전자파 방사(EMI) 대체 시험장으로서 활용될 수 있음을 확인하였다.
본 논문에서는 GTEM 셀을 이용하여 복사장을 예측하는 알고리즘 중 대표적인 두 가지 기법인 3 방위와 15방위 기법에 대해 전자파 반-무반사실에서 측정한 결과와의 상관관계를 통계적으로 검증하였다. 그리고 이론적인 다이폴 모델에 대해 이 두 가지 기법을 적용하여 접지면상의 복사장을 구하고 그 값을 이론치와 비교하였다. 두 알고리즘을 이용한 견과와 전자파 반-무반사실 측정 결과는 상관계수가 모두 0.8 이상으로 높은 상관성을 가짐을 확인할 수 있고, 기존 3 방위 기법에 의해 계산된 값은 전자파 반-무반사실 혹은 15 방위 기법보다 높게 계산됨을 이들 결과로부터 알 수 있었다.
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.
본 논문에서는 전자파 장해 및 복사내성 측정에 사용되는 준전자파 무반사실의 대용 방법으로 활용될 수 있는 전자파 잔향실 중에서 원통형 구조 전자파 잔향실의 전자기장 특성과 모드 분포를 연구하여 원통형 구조 전자파 잔향실의 모드 수 계산법을 제시하였으며, 이것을 사용하여 체적이 동일한 원통형 전자파 잔향실의 모드수를 반지름과 높이 비에 따라 비교 분석하였다. 또한 각각의 체적이 동일한 직사각형, 직각 이등변 삼각형, 원통형의 전자파 잔향실의 필드 균일도를 FDTD(Finite-Difference Time-Domain)를 이용하여 비교 해석하였다.
본 논문은 전자파 장해 및 복사내성 측정에 사용되는 전자파 무반사실의 대용 방법으로 활용될 수 있는 전자파 잔향실의 전자기장 특성에 관하여 연구하였다. 체적이 동일한 직사각형 및 삼각형 구조의 잔향실 내부 필드균일성을 확보하기 위하여 Shroeder diffuser 방식을 적용하였으며, FDTD(Finite-Difference Time-Domain) 방법을 사용하여 잔향실 내부의 필드 특성을 조사하였다. 앞에서 언급한 두 가지 형태의 잔향실 내부에서 필드 특성을 조사하기 위해 시험공간 내의 75% 샘플을 가지고 분석하였다. 직사각형 잔향실의 경우 최대 $\pm$3dB, 삼각형 잔향실의 경우 최대 $\pm$4.4dB 내의 tolerance를 나타내었으며, 또한 직사각형 잔향실의 경우 편파에 대해서도 독립적이라는 결과를 얻을 수 있었다.
일반적으로 EMI 측정시험장으로 활용되고 있는 시설로서는 야외 시험장(open site)과 전자파 무반사실 (anechoic chamber)이 있다. 전자의 경우는 전자파 간섭 영향이 없어야 하고 반사 또는 커플링의 영향을 줄 수 있 는 장애물이 없어야 하는 시험환경 조건이 요구되지만, 근래의 전자기기 사용증가, 방송, 무선 통신시스템의 다양화 및 산업의 복잡화에 따른 인공잡음의 증대로 그 선정이 극히 어려워 도시에서 멀리 떨어진 곳, 즉 연구 개발 및 제품 생산 소재지로 부터 멀리 떨어진 곳에서나 가능하게 되었으며, 그외에도 기상조건에 의한 영향 및 주변 개발에 의한 잡음 환경의 변화로 성능 보존이 어렵다. 후자의 경우는 야외 시험장의 전자파 환경 문제점을 피할 수 있어, 도시나 혹은 제품 생산지 가까이에 설치 운용이 가능하나 이들 모두 수억에서 십수억원에 이르는 설치 비용이 들어 중소 업체에서 보유하기가 어렵다. 또한 안테나 를 송수신원으로 사용하므로서 저주파수대 측정이 어려울 뿐만 아니라 피시험체주변 공간(반경 3, 10M)에서의 1점 측정 방식으로 인해 측정시간이 많이 소요되는 기술적인 문제점을 지니고 있다.
본 논문은 전자파장해 및 복사 내성 측정에 사용되는 전자파 무반사실의 대용 방법으로 사용되는 전자파 잔향실 내의 필드 균일성에 관한 연구이다. 최근 Wireless LAN 이나 DMB 및 휴대 인터넷 사용량의 증가로 인해 전자기파 노이즈가 다른 기기나 장비에 악영향을 미칠 것으로 예상되는 2.3 GHz 대역에 초점을 맞추었다. 본 논문에서는 전자파 잔향실 내부의 전계강도 수치해석을 위하여 시간영역 유한 차분법이 사용되었으며, 전자파 잔향실의 특성과 내부 전계강도의 균일성 개선을 위하여 2D CRD의 배치와 개수를 변화시키면서 표준 편차, 공차 특성, 편파 특성을 비교분석하였다. 전자파 잔향실의 두 면에 확산기를 부착하였을 때 확산기를 사용하지 않은 전자파 잔향실에 비하여 표준 편차는 1.98 dB, 공차 특성은 3.6 dB 만큼 개선되었다.
본 논문에서는PCS대역 안테나내장형 단말기의 성능에 관하여 살펴보았다. 안테나와 안테나 내장형 단말기의 방사패턴을 3차원 전산모의실험 프로그램인 HFSS(High Frequency Structure Simulator)와 SEMCAD(Simulator Platform for Electromagnetic Compatibility Antenna Design and Dosimetry)를 이용하여 전산모의실험하였다. 단말기에 장착된 LED(Light Emitting Bi여e) 회로와 접지판의 형태에 따른 방사패턴의 변화를 살펴보았으며, 외장형안테나 단말기와 내장형 안테나 단말기의 안테나 방사패턴을 원거리장 측정 시스템을 사용하여 전자파 무반사실에서 측정하였다. 측정결과 내장형 안테나는 전산모의실험 결과와 유사한 패턴을 보였다. 그리고 전자파 무반사실에서 Agilent E5515C를 사용하여 안테나 외장형 단말기와 안테나 내장형 단말기의 무선감도를 측정하여 비교하였다. 측정된 안테나내장형 단말기의 무선감도는 안테나 외장형 단말기의 무선감도와 비교해 유사한 성능을 보였으며 수평면상의 동일편파 무선감도 평균치의 경우 차이가 0.12 ㏈로 나타났다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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