현재 EMP(Electromagnetic Pulse) 방호시설의 차폐효과 성능 평가를 위해 적용하고 있는 규격들에서는 통상적으로 송신안테나를 시설 외부에 배치하고, 수신안테나를 시설 내부에 배치하여 차폐효과(Shielding Effectiveness: SE)를 측정하도록 규정하고 있다. 하지만 차폐효과 측정 시 방호시설과 외부 콘크리트 구조물 사이에 충분한 공간을 확보하지 못하는 경우, 차폐효과 측정이 불가능하게 된다. 본 논문에서는 송신안테나를 EMP 방호시설 내부에 배치하여 전자파의 차폐효과를 측정할 수 있는 시험방법을 찾기 위해 다양한 시험을 수행하였다. 차폐효과 측정 시 송수신 안테나의 위치에 따른 영향을 비교 분석하기 위해 송신안테나를 EMP 방호시설 내부에 배치하여 차폐효과를 측정한 결과, 외부에 배치했을 때보다 시험주파수 영역 10 kHz~1 GHz에서 전체적으로 평균 ${\pm}4$ dB 수준의 차이가 발생하는 것으로 나타났다.
EMP(Electromagnetic Pulse)는 통상적으로 고출력 전자기파 (High Power Electromagnetic: HPEM)를 의미한다. EMP를 차폐하기 위한 차폐 판의 경우, 현장 적용 시, 용접 및 볼트의 연결부(접합부)에서 시공자의 숙련도 및 불량시공, 차폐판의 변형 등으로 인한 전자파 차폐성능 저하의 가능성을 유발하고 있으며, 또한 벽체로부터 이격거리로 인한 비효율적인 공간 활용이 문제점으로 지적 되고 있다. 따라서, 본 연구는 콘크리트 벽체를 대상으로 반사손실에 대한 전자파 차폐성능을 확보하기 위한 일환으로서, 콘크리트에 금속용사 공법을 적용하여 최적의 전자파 차폐 조건을 도출하고자 한다. 실험변수로는 콘크리트 벽체 두께, Zn-Al 금속용사 적용 유무이다. 콘크리트 벽체의 경우, 일반적으로 적용되어지고 있는 벽체 두께인 100~300mm이며, 또한 전자파 차폐성능에 관한 Zn-Al 금속용사 공법의 실효성을 평가하기 위해 적용 유무로 구분하여 실험변수를 설정하였다. 실험 결과 두께가 증가할수록 흡수 손실의 증가로 인해 전자파 차폐성능이 증가하였다. 또한 Zn-Al 금속용사 적용 후 모든 시험체에서 평균 56.68 dB의 상당한 차폐성능 증가를 보였으며, 이는 금속용사 피막의 반사손실에 의하여 증가된 것으로 판단된다. 또한, 전도성 혼입재료와 금속 용사 피막을 동시에 적용할 경우 보다 우수한 차폐성능을 나타낼 것으로 판단된다.
EMP 방호용 차폐 시설을 구축 할 때 소화 배관들의 방호 처리를 위하여 WBC 효과를 이용하며, 차폐도를 높이기 위해서 소화 배관 내부에 허니컴을 삽입한다. 이때 허니컴 단위 셀의 크기가 작으면 물의 흐름에 지장을 주며, 침전물에 의하여 소화 배관이 막히게 된다. 이것을 방지하기 위하여, 물의 분극손실에 의한 차폐도를 이용해서, 허니컴 셀의 크기는 키우고, 두께는 얇게 하면서도 요구하는 차폐도를 얻을 수 있는 설계 방법을 제시하였다.
In this study, the shielding properties of concrete with conductive materials as shielding material for electromagne- tic pulse(EMP) within 10kHz~18GHz were investigated. The shielding effectiveness of specimens were compared with different entrained materials. The shielding effectiveness were determined according to MIL-STD-188-125-1, IEEE-STD-299 at 28 days of concrete curing. The results of shielding effectiveness did not meet the criteria(80dB) severely.
When a metal sprayed film of several hundred ㎛ on the concrete surface is possible to 80 dB of shielding effect electromagnetic waves (ElectroMagnetic Pulse, EMP). Therefore, in this study, as a way to secure EMP shielding performance by applying a metal spray coating showing excellent EMP shielding performance to a concrete structure, the metal spray welding efficiency and thin film adhesion performance according to the concrete spray direction and surface treatment method were evaluated. Metal sprayed efficieny according to the metal spraying direction and method was confirmed that the difference was insignificant by applying the roughening agent. However, the method of strengthening the concrete surface and applying the sealing agent show maximum adhesion strength of 3.98 MPa compared to other methods, and it is judged that this method can be utilized for the metal spraying method for concrete EMP shielding.
The HEMP has very short rising time with several tens of kV/m, and very dangerous to almost of the electronics. And the certain level of EMP shielding effectiveness is necessary for mos t of the systems andequipment. In EMP shielding effectiveness, the peak value and the rising time in the system are the most considerable parameters. In order to find out these parameters, we need to estimate the pulse shape in time domain. In this paper, we propose the methods to estimate the penetrated pulse in time domain using measured shielding effectiveness and digital filter modeling technique. The validity of the Digital filter modeling technique is verified by the HFSS.
본 논문에서는 HEMP의 개념을 소개하고, 안테나 요소의 배치 변화에 따른 방호 효율성을 분석한다. 높은 주파수의 EMP를 맥스웰 방정식을 이용하여 LOS에서 근사한다. 전자기파 감쇄의 영향을 분석하기 위하여, 차폐룸을 구성하여 측정 데이타를 얻는데 이용한다. 수신 안테나의 거리와 주파수를 변화시켜 차폐 정도를 측정한다. 기준이 되는 미국 규격문서와 측정값을 비교하고 측정방법을 간소화해본다. 차폐룸 내부를 3가지 조건으로 만들어 변화를 차폐 정도를 측정한다. 정방향 측정과 역방향 측정의 차이를 살펴보고 차폐룸 측정에 영향을 미치는 요소를 찾는다.
In this study, the basic properties of concrete with entrained materials as shielding material for electromagnetic pulse(EMP) within 10kHz~1GHz were investigated. The concretes of moderate strength were prepared with different entrained materials. The shielding effectiveness will be determined according to MIL-STD-188-125-1 at 28 days of concrete curing. The results of physical properties were all satisfied of setting criteria.
Characteristics of exhaust from chimney of electricity generator are analyzed based on CFD when Waveguide-Below-Cutoff (WBC) array is installed in order to achieve the certain level of electromagnetic pulse (EMP) shielding. The main purpose is prediction of average and maximum velocity of exhaust. The results reveal that: 1) When the specification of waveguide is given as 80-diameter, 400-length, and the gap of 20 mm, the shielding effectiveness (SE) is 140dB. The average and maximum velocity of exhaust in the chimney with WBC Array can be represented as exponential functions. 2) As the number of WBC increases, the velocity in the chimney dwindles. 3) Under the situation that WBC with 80 mm diameter is located at intervals of 20 mm, the average velocity can be approximated by $25.5344{\times}e^{(-0.0098{\times}N_{WBC})}$ with input velocity of 15 m/s. In addition, the determination coefficient is 0.915, which is sufficiently high.
아크 금속용사 공법을 활용한 EMP 차폐기술을 개발하기 위하여 국내에서 사용되는 3종류의 금속용사 장치의 시공성능을 평가하였다. MS, KMS, HMS에서 용사금속의 부착량은 각각 58.32%, 64.66%, 87.62%로 나타났다. 또한, 1시간당 시공면적(㎡/h)은 MS가 14.3, KMS가 19.25, HMS가 22.16으로서 나타났으며, HMS공법의 경우 Φ1.6mm의 선재 사용, 용사면적 80mm 형성, 반선속도 18m/min 사용과 함께 금속용사 시공시의 비산량이 대폭 작아졌기 때문으로 판단된다. 따라서, 시공성능 측면에서 HMS공법이 EMP차폐용 아크 금속용사공법으로 가장 적합하다고 판단된다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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