고출력 전자기파(Electromagnetic Pulse : EMP)는 인체에는 영향을 주지 않으면서, 고 집적(高 集積) 전자 부품이 많이 포함된 디지털 시스템에 치명적인 영향을 줄 수 있다. 이러한 EMP는 고 고도 핵폭발이나 EMP탄 또는 ...
고출력 전자기파(Electromagnetic Pulse : EMP)는 인체에는 영향을 주지 않으면서, 고 집적(高 集積) 전자 부품이 많이 포함된 디지털 시스템에 치명적인 영향을 줄 수 있다. 이러한 EMP는 고 고도 핵폭발이나 EMP탄 또는 고출력 전자파 복사 장치로부터 발생될 수 있으며, 낙뢰 또는 태양 흑점 폭발 등의 자연 현상에 의하여 발생하기도 한다. 최근 EMP 발생 장치가 소형화 되고, 손쉽게 제작할 수 있게 되어, 이것을 이용한 테러 위험이 더욱 커지고 있으며, 여러 국가 및 민간단체에서 이에 대한 대비책을 연구하고 있다. 한편, 최근의 ICT(Information and Communications Technology : 정보통신기술) 기술의 급속한 발달로 인하여, 전력, 운송, 통신, 금융 등 대부분의 국가 기반 산업 분야에서 디지털화가 가속화되고 있다. 이러한 각각(各各)의 기반 산업간 시스템은 ICT 기술로 밀접하게 상호 연동되고 있어서, 각 시스템 중 어느 하나가 마비되면 다른 시스템이 연쇄적으로 영향을 받게 된다. 본 논문에서는, EMP 방호용 차폐 시설을 구축할 때, 광케이블, 오수 관로 및 상수 관로의 EMP에 대한 효율적인 방호 설계를 위한 연구를 수행코자 한다. 이것을 차폐(遮蔽)하기 위하여 방호하려는 신호의 주파수 대역보다 높은 차단 주파수를 갖는 도파관을 이용하여 방호 설계를 할 것이다. 일반적으로 도파관(導波管)은 손실이 적게 전자기파를 도파(guide)하기 위한 목적으로 사용되지만, 차단 주파수 이하의 주파수에서는 축 방향에 따라서 지수 함수적으로 전파를 차폐하는 특성이 있다. 이러한 특성을 이용하여 EMP 방호 시설을 관통하는 광케이블 관로, 오수 및 상수 등 각종 관로를 타고 들어오는 EMP 신호를 차폐할 수 있다. 이를 위해서는 방호하고자 하는 HEMP-E1 신호 전체 대역을 차단주파수 이하에 오도록 도파관의 단면을 설계하고, 미국 군사 규격(MIL-STD-188-125-1)에 따라 1GHz 까지 차폐도가 80dB 이상이 되도록 도파관의 길이를 설정해주면 된다. 광섬유(光纖維)용 도파관처럼 도파관 단면의 일부만 유전체(誘電體)가 들어찬 경우에는, 차단 특성에 관한 해석적인 계산을 할 수 없으므로, 단면을 모델링하여 수치 해를 구하여 도파관의 직경과 길이를 설계해야 한다. 여러 개의 광케이블이 도파관을 통과하는 경우, 추가로 광케이블을 더 넣을 수 있도록 여분의 단면적을 두고 설계해야 한다. 그러므로 도파관 내부 전체에 광케이블과 같은 유전 매질이 모두 차 있는 경우를 가정하여 설계하는 것이 바람직하다. 이와 같이 설계하면, 광케이블이 일부만 들어찬 경우보다 차단주파수가 낮아지므로, 실제 상황보다 여유 있게 차폐도를 갖도록 설계 할 수 있다. 한편, 오수(汚水) 관로의 경우에는 내부 유체에 고형물이 섞여 있으므로 관로 내부에 허니컴(honeycomb)을 넣을 수 없다. 물은 주파수가 높아짐에 따라 높은 분극 손실을 갖으며, 오수 자체의 도전율에 의한 손실도 존재한다. 그러므로 오수가 들어찬 관로(管路)는 관로 자체의 도파관 효과에 의한 감쇠와 물의 분극에 의한 감쇠 및 도전율에 의한 감쇠 등 세 가지 차폐효과 요소들을 포함하고 있다. 그러므로 차폐실로 들어가는 오수 관로를 정화조나 오수 탱크에 넣어서 관로의 일정 길이 이상에 오수가 채워져 있도록 함으로써 방호 설계를 할 수 있다. 반면에, 상수도 배관들의 방호 처리를 위해서는 관로 자체의 WBC(Wave-guide Below Cutoff) 효과를 이용하며, 차폐도를 높이기 위해서 상수도 배관 내부에 허니컴을 삽입 할 수 있다. 이때 허니컴 단위 셀의 단면의 크기가 작으면 물의 흐름에 지장을 주며, 침전물에 의하여 상수도 배관이 막히게 된다. 이것을 방지하기 위하여, 물의 분극 손실에 의한 차폐도를 이용해서, 허니컴 셀의 크기는 크게 하고, 길이는 짧게 설계 한 것이다. 이렇게 하여 통수를 원활하게 하고 막힘을 방지하면서 요구하는 차폐도도 얻을 수 있는 설계 방법을 제시할 것이다. 본 논문에서는 상수 관로의 연장 길이, 허니컴의 단면과 길이 및 플랜지 결합 손실 등을 고려하여 원하는 차폐도를 얻을 수 있도록 상수 관로의 방호 설계 방법을 제시할 것이다. 본 연구에서는 EMP 방호용 차폐 시설을 구축할 때 상수도 배관들의 방호 처리를 위하여 WBC 효과를 이용하며, 차폐도를 높이기 위해서 상수도 배관 내부에 허니컴을 삽입한다. 이때 허니컴 단위 셀의 크기가 작으면 물의 흐름에 지장을 주며, 침전물에 의하여 상수도 배관이 막히게 된다. 이것을 방지하기 위하여, 물의 분극 손실에 의한 차폐도를 이용해서, 허니컴 단면 셀의 크기는 키우고, 길이는 짧게 하면서도 요구하는 차폐도를 얻을 수 있는 설계 방법을 제시하였다.
고출력 전자기파(Electromagnetic Pulse : EMP)는 인체에는 영향을 주지 않으면서, 고 집적(高 集積) 전자 부품이 많이 포함된 디지털 시스템에 치명적인 영향을 줄 수 있다. 이러한 EMP는 고 고도 핵폭발이나 EMP탄 또는 고출력 전자파 복사 장치로부터 발생될 수 있으며, 낙뢰 또는 태양 흑점 폭발 등의 자연 현상에 의하여 발생하기도 한다. 최근 EMP 발생 장치가 소형화 되고, 손쉽게 제작할 수 있게 되어, 이것을 이용한 테러 위험이 더욱 커지고 있으며, 여러 국가 및 민간단체에서 이에 대한 대비책을 연구하고 있다. 한편, 최근의 ICT(Information and Communications Technology : 정보통신기술) 기술의 급속한 발달로 인하여, 전력, 운송, 통신, 금융 등 대부분의 국가 기반 산업 분야에서 디지털화가 가속화되고 있다. 이러한 각각(各各)의 기반 산업간 시스템은 ICT 기술로 밀접하게 상호 연동되고 있어서, 각 시스템 중 어느 하나가 마비되면 다른 시스템이 연쇄적으로 영향을 받게 된다. 본 논문에서는, EMP 방호용 차폐 시설을 구축할 때, 광케이블, 오수 관로 및 상수 관로의 EMP에 대한 효율적인 방호 설계를 위한 연구를 수행코자 한다. 이것을 차폐(遮蔽)하기 위하여 방호하려는 신호의 주파수 대역보다 높은 차단 주파수를 갖는 도파관을 이용하여 방호 설계를 할 것이다. 일반적으로 도파관(導波管)은 손실이 적게 전자기파를 도파(guide)하기 위한 목적으로 사용되지만, 차단 주파수 이하의 주파수에서는 축 방향에 따라서 지수 함수적으로 전파를 차폐하는 특성이 있다. 이러한 특성을 이용하여 EMP 방호 시설을 관통하는 광케이블 관로, 오수 및 상수 등 각종 관로를 타고 들어오는 EMP 신호를 차폐할 수 있다. 이를 위해서는 방호하고자 하는 HEMP-E1 신호 전체 대역을 차단주파수 이하에 오도록 도파관의 단면을 설계하고, 미국 군사 규격(MIL-STD-188-125-1)에 따라 1GHz 까지 차폐도가 80dB 이상이 되도록 도파관의 길이를 설정해주면 된다. 광섬유(光纖維)용 도파관처럼 도파관 단면의 일부만 유전체(誘電體)가 들어찬 경우에는, 차단 특성에 관한 해석적인 계산을 할 수 없으므로, 단면을 모델링하여 수치 해를 구하여 도파관의 직경과 길이를 설계해야 한다. 여러 개의 광케이블이 도파관을 통과하는 경우, 추가로 광케이블을 더 넣을 수 있도록 여분의 단면적을 두고 설계해야 한다. 그러므로 도파관 내부 전체에 광케이블과 같은 유전 매질이 모두 차 있는 경우를 가정하여 설계하는 것이 바람직하다. 이와 같이 설계하면, 광케이블이 일부만 들어찬 경우보다 차단주파수가 낮아지므로, 실제 상황보다 여유 있게 차폐도를 갖도록 설계 할 수 있다. 한편, 오수(汚水) 관로의 경우에는 내부 유체에 고형물이 섞여 있으므로 관로 내부에 허니컴(honeycomb)을 넣을 수 없다. 물은 주파수가 높아짐에 따라 높은 분극 손실을 갖으며, 오수 자체의 도전율에 의한 손실도 존재한다. 그러므로 오수가 들어찬 관로(管路)는 관로 자체의 도파관 효과에 의한 감쇠와 물의 분극에 의한 감쇠 및 도전율에 의한 감쇠 등 세 가지 차폐효과 요소들을 포함하고 있다. 그러므로 차폐실로 들어가는 오수 관로를 정화조나 오수 탱크에 넣어서 관로의 일정 길이 이상에 오수가 채워져 있도록 함으로써 방호 설계를 할 수 있다. 반면에, 상수도 배관들의 방호 처리를 위해서는 관로 자체의 WBC(Wave-guide Below Cutoff) 효과를 이용하며, 차폐도를 높이기 위해서 상수도 배관 내부에 허니컴을 삽입 할 수 있다. 이때 허니컴 단위 셀의 단면의 크기가 작으면 물의 흐름에 지장을 주며, 침전물에 의하여 상수도 배관이 막히게 된다. 이것을 방지하기 위하여, 물의 분극 손실에 의한 차폐도를 이용해서, 허니컴 셀의 크기는 크게 하고, 길이는 짧게 설계 한 것이다. 이렇게 하여 통수를 원활하게 하고 막힘을 방지하면서 요구하는 차폐도도 얻을 수 있는 설계 방법을 제시할 것이다. 본 논문에서는 상수 관로의 연장 길이, 허니컴의 단면과 길이 및 플랜지 결합 손실 등을 고려하여 원하는 차폐도를 얻을 수 있도록 상수 관로의 방호 설계 방법을 제시할 것이다. 본 연구에서는 EMP 방호용 차폐 시설을 구축할 때 상수도 배관들의 방호 처리를 위하여 WBC 효과를 이용하며, 차폐도를 높이기 위해서 상수도 배관 내부에 허니컴을 삽입한다. 이때 허니컴 단위 셀의 크기가 작으면 물의 흐름에 지장을 주며, 침전물에 의하여 상수도 배관이 막히게 된다. 이것을 방지하기 위하여, 물의 분극 손실에 의한 차폐도를 이용해서, 허니컴 단면 셀의 크기는 키우고, 길이는 짧게 하면서도 요구하는 차폐도를 얻을 수 있는 설계 방법을 제시하였다.
High-power electromagnetic waves (EMPs) can have a catastrophic effect on digital systems that contain many highly integrated electronic components without affecting the human body. These EMPs can be generated from high-altitude nuclear explosions, EMP bombs or high-power electromagnetic radiation d...
High-power electromagnetic waves (EMPs) can have a catastrophic effect on digital systems that contain many highly integrated electronic components without affecting the human body. These EMPs can be generated from high-altitude nuclear explosions, EMP bombs or high-power electromagnetic radiation devices, and are also caused by natural phenomena such as lightning or sunspot explosion. Recently, EMP generators have become smaller and easier to manufacture, and the risk of terrorism using them has been increasing, and various countries and private organizations are studying the countermeasures against them. On the other hand, the rapid development of ICT technology in recent years has accelerated digitization in most country-based industrial fields such as power, transportation, telecommunications, and finance. Each of these inter-industrial systems is closely intertwined with ICT technology, so that when one of the systems is paralyzed, the other systems are affected in a cascade.
In this paper, we propose effective EMP protection design for fiber optic cable, sewage pipe, and water pipe when constructing shielding facility for EMP protection. In order to shield it, a protection design will be made using waveguides having a cutoff frequency higher than the frequency band of the signal to be protected. Generally, a waveguide is used for guiding electromagnetic waves with low loss, but has a property of shielding radio waves exponentially according to the axial direction at frequencies below the cutoff frequency.
Using these characteristics, it is possible to shield EMP signals coming in various channels such as optical cable pipes, sewage pipes and water pipes passing through the EMP protection facilities.
For this purpose, the cross section of the waveguide is designed so that the whole band of the HEMP-E1 signal to be protected is below the cut-off frequency, and the length the waveguide is set to have a shielding effectiveness of 80 dB or more up to 1 GHz according to the Military Standard (MIL- STD-188-125-1).
If a dielectric is contained in only a part of the waveguide section like an optical fiber waveguide, analytical calculation on the blocking characteristics can not be performed. Therefore, the diameter and length of the waveguide should be designed by modeling the section to obtain a numerical solution. If multiple optical cables pass through the waveguide, an extra cross-sectional area should be designed to accommodate additional optical cables. Therefore, it is desirable to design a case in which the dielectric medium such as an optical cable is entirely inside the waveguide. With this design, the cutoff frequency is lower than when the optical cable is partially occupied, so that it can be designed to have a degree of shielding more than the actual situation.
On the other hand, in the case of the sewage pipe, the honeycomb can not be inserted into the pipe because the internal fluid is mixed with the solids. Water has a high polarization loss as the frequency increases, and there is also a loss due to the conductivity of the wastewater itself.
The pipeline containing the sewage contains three shielding effect factors: attenuation due to the waveguide effect of the channel itself, attenuation due to water polarization, and attenuation due to conductivity.
Therefore, it is possible to design the protection by inserting the sewage pipe into the sewage tank so that the sewage is filled over a certain length of the pipe line.
On the other hand, the honeycomb can be inserted into the water pipe to increase the degree of shielding by using the WBC effect of the pipe itself to protect the water pipe. At this time, if the cross section of the honeycomb unit cell is small, water flow will be obstructed and the water pipe will be clogged by the sediment. In order to prevent this, the size of the honeycomb cell is increased and the length is shortened by using the polarization loss of water. In this way, we will provide a design method that can smooth the flow of water, prevent clogging, and obtain required shielding. In this paper, we propose a method of designing a water line to obtain a desired degree of shielding considering the extension length of the water line, the section and length of the honeycomb, and the flange coupling loss.
High-power electromagnetic waves (EMPs) can have a catastrophic effect on digital systems that contain many highly integrated electronic components without affecting the human body. These EMPs can be generated from high-altitude nuclear explosions, EMP bombs or high-power electromagnetic radiation devices, and are also caused by natural phenomena such as lightning or sunspot explosion. Recently, EMP generators have become smaller and easier to manufacture, and the risk of terrorism using them has been increasing, and various countries and private organizations are studying the countermeasures against them. On the other hand, the rapid development of ICT technology in recent years has accelerated digitization in most country-based industrial fields such as power, transportation, telecommunications, and finance. Each of these inter-industrial systems is closely intertwined with ICT technology, so that when one of the systems is paralyzed, the other systems are affected in a cascade.
In this paper, we propose effective EMP protection design for fiber optic cable, sewage pipe, and water pipe when constructing shielding facility for EMP protection. In order to shield it, a protection design will be made using waveguides having a cutoff frequency higher than the frequency band of the signal to be protected. Generally, a waveguide is used for guiding electromagnetic waves with low loss, but has a property of shielding radio waves exponentially according to the axial direction at frequencies below the cutoff frequency.
Using these characteristics, it is possible to shield EMP signals coming in various channels such as optical cable pipes, sewage pipes and water pipes passing through the EMP protection facilities.
For this purpose, the cross section of the waveguide is designed so that the whole band of the HEMP-E1 signal to be protected is below the cut-off frequency, and the length the waveguide is set to have a shielding effectiveness of 80 dB or more up to 1 GHz according to the Military Standard (MIL- STD-188-125-1).
If a dielectric is contained in only a part of the waveguide section like an optical fiber waveguide, analytical calculation on the blocking characteristics can not be performed. Therefore, the diameter and length of the waveguide should be designed by modeling the section to obtain a numerical solution. If multiple optical cables pass through the waveguide, an extra cross-sectional area should be designed to accommodate additional optical cables. Therefore, it is desirable to design a case in which the dielectric medium such as an optical cable is entirely inside the waveguide. With this design, the cutoff frequency is lower than when the optical cable is partially occupied, so that it can be designed to have a degree of shielding more than the actual situation.
On the other hand, in the case of the sewage pipe, the honeycomb can not be inserted into the pipe because the internal fluid is mixed with the solids. Water has a high polarization loss as the frequency increases, and there is also a loss due to the conductivity of the wastewater itself.
The pipeline containing the sewage contains three shielding effect factors: attenuation due to the waveguide effect of the channel itself, attenuation due to water polarization, and attenuation due to conductivity.
Therefore, it is possible to design the protection by inserting the sewage pipe into the sewage tank so that the sewage is filled over a certain length of the pipe line.
On the other hand, the honeycomb can be inserted into the water pipe to increase the degree of shielding by using the WBC effect of the pipe itself to protect the water pipe. At this time, if the cross section of the honeycomb unit cell is small, water flow will be obstructed and the water pipe will be clogged by the sediment. In order to prevent this, the size of the honeycomb cell is increased and the length is shortened by using the polarization loss of water. In this way, we will provide a design method that can smooth the flow of water, prevent clogging, and obtain required shielding. In this paper, we propose a method of designing a water line to obtain a desired degree of shielding considering the extension length of the water line, the section and length of the honeycomb, and the flange coupling loss.
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