EMC 시험용 전자파 무반사실의 성능 평가를 위한 시뮬레이터 개발

Abstract

EMC 시험이란 EMI 시험과 EMS 시험을 포함하는 내용이다. EMI 시험은 전자기기에 다른 기기에 대하여 전자기적 장해를 얼마나 일으키는지, EMS 시험은 전자기기가 성능저하 없이 외부 전자파를 얼마나 견뎌내는지를 측정하는 시험이다. 이러한 EMC 시험은 정확한 결과를 얻기 위하여 특정 환경을 필요로 하게 된다. EMC 시험에서 측정되는 field는 시험 장소의 전파전파 환경에 큰 영향을 받는다. CISPR(국제 무선 장해 특별 위원회)에서는 기준 시험장으로 크고 평평한 도체판을 바닥으로 하는 야외시험장을 선정하여 시험을 수행하고 있다. 하지만 이러한 야외시험장은 온도 및 습도에 취약하며, 외부 잡음에 노출되어 반복적이고 안정적인 시험이 불가능하다. 이와 같은 단점을 보완하기 위하여 실내에 전자파 무반사실을 제작하여 야외시험장의 대용시험장으로 활용할 수 있다. 전자파 무반사실은 기상조건에 영향을 받지 않고, 측정의 신뢰도와 재현성이 우수한 장점이 있다. 하지만, 이러한 전자파 무반사실 또한 문제점을 가지고 있다. 이 전자파 무반사실은 벽면에 전파 흡수체를 부착하여 내부에서 방사된 전파가 반사하지 않도록 하여 무반사실 내에 있는 안테나가 자유공간에 있는 것과 같은 효과를 주는 측정공간이다. 하지만, 실제 측정 환경의 경우 흡수체의 반사손실이 매우 크지만 엄밀히 무한대의 값은 아니므로 반사된 전파가 측정환경에 영향을 주게 된다. 따라서 전자파 무반사실은 야외시험장의 결과를 완벽하게 제공하지 못하게 된다. 또한 전자파 무반사실은 설계 방식에 따라 성능차이를 나타낸다. 즉, 전자파 무반사실의 길이, 폭 그리고 높이 값에 따라 성능이 달라지며, 벽면에 배치된 흡수체의 종류 및 배치방법 등에 따라 다른 성능을 갖는다. 따라서 원하는 수준의 성능을 갖는 전자파 무반사실을 제작하기에 앞서, 전자파 무반사실의 성능을 예측하고 분석하는 시뮬레이터의 개발이 필수적이다. 이 논문에서는 전자파 무반사실의 성능을 평가하는 시뮬레이터의 개발에 대한 내용을 다루었다. 전자파 무반사실의 성능을 평가하는 파라미터는 대표적으로 NSA(Normalized Site Attenuation), sVSWR(site Voltage Standing Wave Ratio), FU(Field Uniformity)가 있다. 이 성능 평가 파라미터의 산출은 전자파 무반사실 내 임의의 지점에서 전계 강도를 계산함으로써 가능하다. 이를 위하여 광선 추적 기법을 이용하였으며, 결정적인 레이튜브 방법을 응용한 3D 레이튜브 방법을 도입하여 전자파 무반사실 내에 송신안테나로부터 수신안테나로 도달하는 직접파 및 1, 2, 3차 반사 광선들을 추적하였다. 직접파는 GO(Geometric Optics) field, 반사파는 사선으로 입사되는 반사파의 계산식을 이용하여 계산하였다. 다음의 시뮬레이터 개발을 통하여 전자파 무반사실의 구조적인 설계 그리고 다양한 종류의 흡수체 선택 및 배치방법을 적용하여 전자파 무반사실의 대표적인 성능 평가 파라미터의 정확한 예측이 가능하다. 전자파 무반사실을 제작하는 국내 업체들은 일본 또는 유럽 등의 업체에 제작을 의뢰하여 얻은 도면을 바탕으로 전자파 무반사실을 제작하고 있다. 본 연구는 국내에서는 최초로 전자파 무반사실의 성능을 평가하는 시뮬레이터를 개발하였다는 의의를 갖는다.