[논문]야외시험장과 GTEM 셀과의 상관계수를 이용한 GTEM 셀의 허용 기준 제안

이순용; 정연춘; 최재훈

doi:10.5515/kjkiees.2011.22.1.001

야외시험장과 GTEM 셀과의 상관계수를 이용한 GTEM 셀의 허용 기준 제안
The Propose of EMI Limits for GETM Cell Using Correlation Factor between OATS and GTEM Cell 원문보기

韓國電磁波學會論文誌 = The journal of Korean Institute of Electromagnetic Engineering and Science, v.22 no.1 = no.164, 2011년, pp.1 - 8

이순용 (한양대학교 전자통신공학과) , 정연춘 (서경대학교 전자공학과) , 최재훈 (한양대학교 전자통신공학과)

초록
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본 논문에서는 전자파 장해 측정용 야외시험장과 전자파 내성 시험장인 GTEM 셀과의 상관계수를 이용하여 GTEM 셀에서 전자파 허용 기준을 제시하였다. 실험적인 상관계수를 도출하기 위해서 피시험 기기를 제작하였으며, 제작된 피시험 기기의 전기장 세기를 10 m 야외시험장과 GTEM 셀에서 측정하였다. 또한, GTEM 셀의 3방위법을 역변환함으로써 GTEM 셀에서 복사 전력에 대한 허용 기준을 도출하였다. GTEM 셀의 3방위법과 15방위법에 대한 이론치를 프로그램화 하였으며, 프로그램을 통한 결과 값과 시험장에서 측정한 값을 비교 분석하였다. GTEM 셀에서 전자파 허용 기준을 새롭게 제시함으로써 GTEM 셀이 야외시험장의 전자파 방사(EMI) 대체 시험장으로서 활용될 수 있음을 확인하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

This study is about the limits of GTEM cell using correlation factor between the OATS(Open area Test Site) and the GTEM cell. First, the field strengths at the 10 m distance OATS and in GTEM cell to obtain the experimental correlation factor are measured. Also, the EMI limits of radiated power are derived in GTEM cell as 3 position method is inversely transformed. The field strengths that calculated from theoretical models by 3 and 15 position methods are programmed and compared with measured data at the OATS. As the EMI limits of GTEM cell is newly defined, it will be use to substitute GTEM cell for OATS to efficiently measure EMI(Electromagnetic Interference).

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

CISPR/A/665/DTR의 알고리즘을 적용하여 GTEM 셀의 허용 기준을 정의하기 위해서는 통계적 절차에 따른 야외시험장과 GTEM 셀의 불확실도를 고려해야만 한다. 그러나 이미 언급한 바와 같이 측정의 횟수가 한번만 이루어졌기 때문에 본고에서는 불확실 도가 고려되지 않은 상관계수를 이용하여 복사 방출 허용 기준에 관하여 정의하였다. 수직, 수평 상관계수를 고려한 GTEM 셀의 복사 방출 허용 기준을 3방위와 15방위로 나누어 그림 14～15에 나타내었다.

제안 방법

각 시험장에서 측정된 데이터를 토대로 CISPR 표준의 알고리즘을 적용하여 상관계수를 도출하였다. 도출된 상관계수를 이용하여 야외시험장 CLASS B의 허용 기준을 기초로 한 GTEM 셀의 허용 기준을 새롭게 정의 하였을 뿐만 아니라 3방위법을 역변환함으로써 GTEM 셀에서 전력에 대한 허용 기준을 제시하였다.
GTEM 셀에서는 피시험 기기에서 복사되어 출력단으로 전달되는 전력을 측정하기 때문에 GTEM 셀에서 복사 방출 허용 기준을 만족하는지는 직관적으로 알아보기가 어렵다. 따라서 이러한 문제점을 해결하기 위해 3방위 알고리즘과 야외시험장 복사 방출 허용 기준을 바탕으로 GTEM 셀에서의 복사 전력 허용 기준을 정의하면 GTEM 셀에서 측정된 전력으로 야외시험장에서 복사 방출 허용 기준을 만족하는지의 여부를 직관적으로 알 수 있게 된다. 15방위법은 역변환시에 미지수가 수식에 비해 많아지기 때문에 역변환의 한계가 있으므로, 본 논문에서는 3방위법만 다루기로 한다.
본 논문에서는 GTEM 셀에서의 전자파 허용 기준을 제안하기 위해 3방위법과 15방위법을 이용하여 야외시험장과 GTEM 셀과의 상관계수를 실험적으로 도출하였으며, 이 도출된 상관계수를 적용함으로써 GTEM 셀의 허용 기준을 제안하였다. 또한, GTEM 셀에서 직관적으로 시험 결과를 판단할 수 있도록 야외시험장의 전자파 허용 기준을 GTEM 셀의 3방위법을 역변환하여 GTEM 셀에서 복사 전력(radiated power)에 대한 허용 기준을 제안하였다.
5～7 GHz 대역에서 GTEM Cell이나 전자파 무향실 등에서 측정 시스템의 일상 검증을 위해 개발된 것이나, 함체의 전자파 차폐 효과, 시험 환경 상호 비교, 기술 숙련도 평가 등에도 널리 활용되고 있다. 모든 측정 시험시설에서 CGE02가 안정적인 방사를 하는 것을 확인한 후 피시험 기기와 결합시켜 측정하였다. 그 결과를 그림 1과 2에 나타내었다.
본 논문에서는 GTEM 셀에서의 전자파 허용 기준을 제안하기 위해 3방위법과 15방위법을 이용하여 야외시험장과 GTEM 셀과의 상관계수를 실험적으로 도출하였으며, 이 도출된 상관계수를 적용함으로써 GTEM 셀의 허용 기준을 제안하였다. 또한, GTEM 셀에서 직관적으로 시험 결과를 판단할 수 있도록 야외시험장의 전자파 허용 기준을 GTEM 셀의 3방위법을 역변환하여 GTEM 셀에서 복사 전력(radiated power)에 대한 허용 기준을 제안하였다.
. 시험장간 측정 오차를 줄이기 위해서 시뮬레이션을 통해 뾰족한 복사 패턴을 갖도록 최적화된 피시험 기기를 제작하였으며, 이 피시험 기기와 대수 주기 안테나 사이의 거리를 10 m 설정하였다. 또한, 피시험 기기는 80 cm의 턴테이블 위에 위치시켰으며, 피시험 기기를 회전시키고, 수신 안테나 높이를 1～4 m까지 변화를 주고 max hold를 사용하였다.
야외시험장과 GTEM 셀의 복사 방출 허용 기준을 정의하기 위하여 시뮬레이션을 통해 최적화된 피시험 기기를 제작하여 이를 이용해 10 m 야외시험장과 GTEM cell에서 측정을 하였으며, GTEM 셀에서는 3방위와 15방위에 대해서 측정하였다. 각 시험장에서 측정된 데이터를 토대로 CISPR 표준의 알고리즘을 적용하여 상관계수를 도출하였다.
측정한 데이터를 큐빅 스플라인(Cubic Spline) 보간 함수를 이용하여 최대값을 커브 피팅(curve fitting)하였다. 여기서 보간법을 사용하는 이유는 상관계수를 구하기 위해 전기장의 세기의 차를 구하게 되는데, 두 계산 결과의 차를 직접 구하면 값의 변동이 매우 심해 주파수에 따른 상관계수를 구하는데 어려움이 있다.

대상 데이터

본 측정에 사용된 GTEM 셀은 전파연구소 측정 담당에서 제작된 4.5×2.5×1.8 m의 크기의 내부 도체 및 종단 부하 저항 전파 흡수체를 적용하였으며, 주파수 30 MHz에서 18 GHz까지 VSWR은 1.5 dB 이하의 특성을 갖는 것을 사용하였다.
그러나 큰 설치 공간과 많은 시설 유지비용을 필요로 하며, 저주파 대역에서는 반사에 의한 공진을 완전히 제거할 수 없어 성능이 떨어진다^[1]. 이러한 문제점들을 해결하기 위해 고안된 대용 시험 시설이 완전 무반사실이나 GTEM 셀이다. 이들은 본래 EMS 측정을 위한 시험 시설로 외부와의 전자파 간섭의 우려가 없고, 설치가 비교적 자유로워 여러 연구기관에서 이를 이용한 측정 방식을 연구․개발하여 범용적인 전자파 적합성 측정 시험장으로서 활용하고 있다.
또한, 피시험 기기는 80 cm의 턴테이블 위에 위치시켰으며, 피시험 기기를 회전시키고, 수신 안테나 높이를 1～4 m까지 변화를 주고 max hold를 사용하였다. 표준 노이즈 소스로서 영국의 요크대학에서 개발한 CGE(Comb Generator Emission) 02를 사용하였다. 이러한 소스는 본래 1.

데이터처리

야외시험장과 GTEM 셀의 복사 방출 허용 기준을 정의하기 위하여 시뮬레이션을 통해 최적화된 피시험 기기를 제작하여 이를 이용해 10 m 야외시험장과 GTEM cell에서 측정을 하였으며, GTEM 셀에서는 3방위와 15방위에 대해서 측정하였다. 각 시험장에서 측정된 데이터를 토대로 CISPR 표준의 알고리즘을 적용하여 상관계수를 도출하였다. 도출된 상관계수를 이용하여 야외시험장 CLASS B의 허용 기준을 기초로 한 GTEM 셀의 허용 기준을 새롭게 정의 하였을 뿐만 아니라 3방위법을 역변환함으로써 GTEM 셀에서 전력에 대한 허용 기준을 제시하였다.
각 주파수에서 최대값이 스펙트럼 분석기에 기록되도록 하였으며, 데이터 포인터 수는 100～1,000 MHz까지 1,024개며, 이 측정된 값들을 접지면 데이터와 비교하였다. 본 측정에 사용된 GTEM 셀은 전파연구소 측정 담당에서 제작된 4.
측정된 전계 값을 바탕으로 CISPR/A/665/DTR의 알고리즘을 이용하여 상관계수를 구하였으며, 도출 된 상관계수는 그림 8～9에 나타내었다. 여기서 구한 상관계수는 야외시험장과 GTEM 셀에서 동일 피시험 기기에서 복사되는 전자파 세기의 차이다.

이론/모형

본고에서는 산업기술시험원(KTL)의 10 m 반 무반사실을 사용하여 표준문서인 CISPR 22와 CISPR 16-1의 측정 절차에 따라 측정을 하였다^[6],[7]. 시험장간 측정 오차를 줄이기 위해서 시뮬레이션을 통해 뾰족한 복사 패턴을 갖도록 최적화된 피시험 기기를 제작하였으며, 이 피시험 기기와 대수 주기 안테나 사이의 거리를 10 m 설정하였다.
GTEM 셀에서 측정된 데이터는 동축 케이블을 따라 전형적으로 스펙트럼 분석기에서 읽게 되며, GPIB(General Purpose Interface Bus) 케이블에 연결된 랩톱(lap top) PC에 최종적인 데이터 값으로 나타난다. 측정 방법은 IEC 61000-4-20에 있는 규정에 따라 측정을 하였다^[8].

성능/효과

그림 16은 야외시험장 전자파 복사 방출 허용 기준을 바탕으로 3방위법 역변환을 이용한 GTEM 셀에서의 복사 전력 허용 기준을 나타낸다. 결과로부터 GTEM 셀에서 알고리즘을 거치지 않고도 GTEM 셀시험시 직관적인 시험 결과를 알 수 있다.
도출된 복사 전력 허용 기준을 식 (3)과 식 (4)에 대입하여 계산해 보면 야외시험장에서 CLASS B 복사 방출 허용 기준과 일치한다는 것을 알 수 있다. 따라서 여기서 도출된 복사 전력 값이 GTEM에서 복사 전력 허용 기준으로 사용할 수 있다는 것을 확인할 수 있었다.

후속연구

연구 결과는 앞으로 GETM 셀과 야외시험장(OATS) 사이의 허용 기준에 대한 기본적인 자료로 활용되리라 사료되며, GTEM 셀이 OATS 시험장의 EMI(전자파방사) 대체 시험장으로 활용될 수 있음을 확인할 수 있었다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	국제 전자파 장해 규제의 목적은?	국제 전자파 장해 규제는 전파사용의 증가에 따라 상호 전파 간의 간섭이 다른 기기에 영향을 미치지 않게 하기 위하여 유럽, 미국을 중심으로 시작되어 점차 전 세계적으로 파급되고 있으며, 현재는 세계적으로 공통된 규격을 적용시키기 위하여 국제 무선장해특별위원회(CISPR: International Special Committee on Radio Interference)에서는 전자파 장해 (EMI: Electro Magnetic Interference)로부터 각종 기기를 보호하기 위하여 전자파에 관한 허용 한도, 측정법, 측정 장비의 규격 등을 권고하고 있다.
	전자파 반-무반사실의 장점은?	EMI/EMS 측정을 위해서는 주변 전자파 잡음이 낮은 야외시험장이 가장 바람직하나, 근래 전자․ 전기 기기 사용의 증가와 방송․무선 통신 시스템의 다양화로 인한 인공 잡음의 증대로 조건에 부합된 부지 선정이 어렵고, 설치비용이 매우 크며, 날씨 변화에 따라 계획이 변경될 수도 있는 단점이 있다. 전자파 반-무반사실(SAC)은 대부분의 환경 잡음을 감쇠시키므로 야외시험장처럼 장소의 구해를 받지 않아 도시나 혹은 제품 생산지 가까이에 설치 운용이 가능하다. 그러나 큰 설치 공간과 많은 시설 유지비용을 필요로 하며, 저주파 대역에서는 반사에 의한 공진을 완전히 제거할 수 없어 성능이 떨어진다[1].
	전자파 반-무반사실의 단점은?	전자파 반-무반사실(SAC)은 대부분의 환경 잡음을 감쇠시키므로 야외시험장처럼 장소의 구해를 받지 않아 도시나 혹은 제품 생산지 가까이에 설치 운용이 가능하다. 그러나 큰 설치 공간과 많은 시설 유지비용을 필요로 하며, 저주파 대역에서는 반사에 의한 공진을 완전히 제거할 수 없어 성능이 떨어진다[1]. 이러한 문제점들을 해결하기 위해 고안된 대용 시험 시설이 완전 무반사실이나 GTEM 셀이다.

참고문헌 (9)

안형배, 주정은, 이황재, 강대현, 이종악, "야외시험장과 전자파 완전 무반사 시험장과의 상관성", 한국전자파학회논문지, 13(8), pp. 843-849, 2002년 9월.

원문보기 상세보기
P. Wilson, "On correlating TEM cell and OATS emission measurements", IEEE Trans. Electromagn. Compat., vol, EMC-37, no. 1, pp. 1-16, Feb. 1995.

상세보기
P. Wilson, D. Hansen, and D. Koenigstein, "Simulating open area test site emission measurements based on data obtained in a novel broadband TEM cell", in Proc. IEEE 1989 Nat. Symp. on Electromagn. Compat., Denver, CO, pp. 171-177, May 1989.
A. K. Lee, "An advanced correlation algorithm between GTEM and OATS for radiated emission test", ETRI Journal, vol. 17, no. 3, pp. 45-63, Oct. 1995.

원문보기 상세보기
A. K. Lee, "An algorithm for an advanced GTEM to ground plane correlation of radiated emission test", IEEE Intl. Symp. Electromagn. Compat., Santa Clara, CA, pp. 58-62, 1996.
CISPR 22 Edition 5.2: 2005 consolidated with amendment 1, 2005 and 2006 Information technology equipment radio disturbance characteristics limit and methods of measurement, IEC, Mar. 2006.
CISPR 16-2, Specification for radio disturbance and immunity measuring apparatus and methods, Part 2: Methods of measurement of disturbances and immunity, IEC, International Special Committee on Radio Interference, Aug. 1999.
CISPR/A/308/CD, "IEC61000-4-20: Electromagnetic Compatibility(EMC)-Part 4-20: Testing and measurement techniques - Emission and immunity testing in transverse electromagnetic(TEM) waveguides", Committee Draft IEC 61000-4-20, May 2001.
Mark T. Ma, Galen H. Koepke, "A method to quantify the radiation characteristics of an unkown interference source", National Bureau Standards(now NIST), Boulder, Co., Tech. Note TN-1059, Oct. 1982.

저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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