THE JOURNAL OF KOREAN INSTITUTE OF ELECTROMAGNETIC ENGINEERING AND SCIENCE. 2014 Feb.; 25(2, 199 207. http://dx.doi.org/10.5515/kjkiees.2014.25.2.199 ISSN 1226-3133 (Print ISSN 2288-226X (Online HEMP HEMP HEMP Effect Analysis for Equipment Using Comparison of Norms between HEMP Filter Residual Current and Conducted Susceptibility Criteria 권준혁 송기환 육종관 Joon-Hyuck Kwon*, ** Ki-Hwan Song* Jong-Gwan Yook** 요약 (HEMP: High-altitude Electromagnetic Pulse (PCI: Pulsed Current Injection, PCI. HEMP PCI, HEMP PCI (norm 하였다 C4I(Command, Control, Communications, Computer, and Intelligence HEMP HEMP PCI, PCI,. Abstract Although High-altitude electromagnetic pulse(hemp protection filter meets the requirements of pulsed current injection(pci acceptance test, the equipment under test which has low electromagnetic susceptibility level can be damaged during PCI verification test that is performed on operating condition of equipment. This paper proposed the HEMP effect analysis method using comparison of norms between residual current of HEMP filter and transient electromagnetic conducted susceptibility criteria of equipment, as an alternative method under the condition that performing PCI verification test is limited in HEMP hardened facilities. PCI acceptance test of HEMP filter, transient electromagnetic conducted susceptibility test, and PCI verification test are performed and test results are analyzed. Key words: HEMP(High-Altitude Electromagnetic Pulse, HEMP Filter, Pulsed Current Injection(PCI, Transient Electromagnetic Conducted Susceptibility. 서론 30 km - (compton effect (HEMP: High-altitude Electro-Magnetic Pulse 50 65 kv/m, *(Agency for Defense Development ** (Department of Electrical and Electronic Engineering, Yonsei University Manuscript received September 16, 2013 ; Revised November 28, 2013 ; Accepted December 1, 2013. (ID No. 20130916-083 Corresponding Author: Jong-Gwan Yook (e-mail: jgyook@yonsei.ac.kr c Copyright The Korean Institute of Electromagnetic Engineering and Science. All Rights Reserved. 199
THE JOURNAL OF KOREAN INSTITUTE OF ELECTROMAGNETIC ENGINEERING AND SCIENCE. vol. 25, no. 2, Feb. 2014. 0.9 4.6 ns 23 184 ns,,,, [1],[2]. (IEC IEC 61000-2-9 [3] HEMP (E1, (E2 (E3,, HEMP IEC 61000-2-10 [4]. HEMP HEMP MIL-STD-188-125-1 [5] MIL- STD-188-125-2 [6] (SE: Shielding Effectiveness, (PCI: Pulsed Current Injection, (CWI: Continuous Wave Immersion (TLI: Threat Level Illumination. HEMP PCI, HEMP (acceptance test (verification test. PCI HEMP, (2 Ω 50 Ω, PCI, (residual current (norm HEMP. PCI HEMP PCI HEMP,. PCI HE- MP /, HEMP / [5],[6]. HEMP (conducted susceptibility. PCI HEMP.,, / PCI. PCI, HEMP PCI HEMP, C4I(Command, Control, Communications, Computer, and Intelligence HEMP. MIL-STD-461F [7] CS115.. HEMP 필터 PCI 잔류전류기준및장비의과도전자기전도내성기준분석 2-1 HEMP 필터에대한 PCI 잔류전류기준 HEMP (point of entry HEMP. HEMP HEMP HEMP PCI [8]. PCI (short pulse, (intermediate pulse, (long pulse (charged line pulse, HEMP [5], [6].,,., PCI 200
HEMP HEMP 표 1. HEMP [5],[6] Table 1. Limit of HEMP filter residual current [5],[6]. ( 10 1.0 10 7 1.6 10 1 ( 90 V (<90 V 1 1.0 10 7 1.6 10 2 0.1 1.0 10 7 1.6 10 3 / HEMP 1. 1 (peak residual current, (peak rate of rise (root action,,. [5],[6]. 그림 1. CS115 Fig. 1. CS115 test setup for calibration. Root Action = ² (1 2-2 장비에대한과도전자기전도내성기준 HEMP PCI. MIL-STD-461 CS115 [9] [11]. PCI MIL-STD-461F CS115. CS115 1 50 Ω 2 2 ns 30 ns 5 A. 3, 4. 0.01, 0.1, 1, 10, 30, 100 MHz. (2, (Q 15 [7]. 그림 2. CS115 Fig. 2. Typical CS115 waveform. 그림 3. Fig. 3. damped sinusoidal waveform. sin f : (Hz t : (sec (2 201
THE JOURNAL OF KOREAN INSTITUTE OF ELECTROMAGNETIC ENGINEERING AND SCIENCE. vol. 25, no. 2, Feb. 2014. 및 파형의 특성인자 특성인자 첨두치 첨두 상승률 표 2. CS115 Table 2. Norm of CS115 and waveforms. 구분 인가 기준치 그림 4. Fig. 4. limit. 2-3 PCI 잔류 전류 기준과 CS115/116 인가기준에 대 한 특성인자 비교 분석 및 의 기준 파형을 특성인자로 나타내면 표 2와 같다. CS115 파형의 첨두 상승률은 그림 2로부터 진폭변화가 가장 큰 구간의 변화율(4 A / 2 ns을 이용하 여 산출하였으며, 루트 액션은 5 A의 진폭과 30 ns의 펄 스 폭을 이용하여 구하였다. 파형은 Matlab을 이용 하여 식 (2의 미분 값으로 부터 첨두 상승률을 구하였고, 식 (1을 이용하여 루트액션을 구하였다. 표 1의 PCI 특성인자는 HEMP 필터의 출력단에 연결된 2 Ω 저항을 통해 흐르는 전류 파형 특성이지만, 표 2의 CS115, 특성인자는 그림 1과 같이 동축 부하와 감 쇄기에 의한 100 Ω의 루프 저항에 흐르는 전류 특성 값이 다. PCI 특성인자와 CS115, 의 특성인자를 서로 비 교 분석하기 위해서는 부하 저항 값 차이에 대한 보정이 필요하다. 본 논문에서는 CS115와 의 교정치구에 그림 5와 같이 2 Ω 저항을 연결하고, 펄스발생기의 출력 전압을 표 2의 실험 때와 동일한 값으로 설정하여 펄스를 인가한 후 부하 저항에 흐르는 전류파형을 측정하였다. 측정 결과는 그림 6, 7 및 표 3과 같이 나타났다. 표 1과 표 3에서 첨두치와 첨두 상승률은 PCI 잔류 전 류 제한치보다 CS115, 의 특성인자가 대부분 높게 나타나고, 루트 액션도 전원 필터를 제외하고는 대부분 루트액션 ( CS115 5 2.0 10 8.7 10 4 (10 khz 0.1 6.3 103 1.1 10 3 (100 khz 1 6.3 105 3.5 10 3 (1 MHz 10 6.3 107 1.1 10 2 (10 MHz 10 6.3 108 3.5 10 3 (30 MHz 10 1.9 109 2.0 10 3 (100 MHz 3 1.9 109 3.3 10 4 9 CS115 202 측정 부하 그림 5. CS115, (2 Ω Fig. 5. Measurement of CS115, (2 Ω load. 의 특성인자가 높게 나타났다. 따라서 CS와 의 시험파형들은 대부분의 PCI 잔류 전류 제 한기준보다 엄격하고, PCI 검증 시험 시 필터의 잔류 전 류에 의해 발생할 수 있는 위협수준을 충분히 모사 가능 하다고 판단된다. 실제 PCI 측정을 통해 획득한 HEMP 필터의 잔류 전류 특성인자와 표 3의 CS115 및 특성인자 비교를 통 해 HEMP 필터를 통과한 잔류 신호가 장비에 미치는 영 향성을 예측할 수 있다. CS115, 115
HEMP 필터 잔류 전류와 전도 내성 기준의 특성인자 비교를 통한 장비의 HEMP 영향성 분석 진폭 진폭 (a (a Amplitude 상승률 (b (b Rate of rise (a (a Amplitude (b (b Rate of rise 루트액션 (c (c Root action 루트액션 (c (c Root action 부하에 흐르는 상승률 인가 전류 측정 파형 그림 6. 2 Ω CS115 Fig. 6. CS115 current waveforms of 2 Ω load. 부하에 흐르는 인가 전류 측정 파형 그림 7. 2 Ω (30 MHz Fig. 7. current waveforms of 2 Ω load(30 MHz. 203
THE JOURNAL OF KOREAN INSTITUTE OF ELECTROMAGNETIC ENGINEERING AND SCIENCE. vol. 25, no. 2, Feb. 2014. 표 3. 2 Ω CS115 Table 3. Measured norm under 2 Ω load for CS115 and CS- 116 waveforms. ( CS115 30.7 2.2 10 10 2.8 10 3 (10 khz (100 khz (1 MHz (10 MHz (30 MHz (100 MHz 5.0 2.9 10 6 5.2 10 2 21.1 3.3 10 7 4.2 10 2 72.0 1.6 10 9 5.5 10 2 37.7 1.0 10 10 1.0 10 2 74.8 3.3 10 10 8.5 10 3 32.8 2.4 10 10 4.1 10 3 그림 8. PCI Fig. 8. Injected PCI waveform. 표 4. HEMP Table 4. Results of residual current of HEMP filters. ( UPS 0.210 6.44 10 4 2.43 10 3 DMC 0.016 5.82 10 4 2.32 10 4. 실험및분석결과 C4I UPS(Uninterruptible Power Supply DMC(Digital Modem Complexer HEMP PCI UPS, DMC CS115,,. 3-1 PCI 인수시험 UPS HEMP AC220V/50A, 60 Hz, DMC HEMP 16 kbps (<90 V. HEMP, (2 Ω MIL-STD-188-125-2 PCI 1,000 A. 8 1,130 A, 14.8 ns 544 ns. 9 10, 4, HEMP 1 그림 9. UPS HEMP Fig. 9. Residual current of HEMP filter of UPS. 그림 10. DMC HEMP Fig. 10. Residual current of HEMP filter of DMC.. 4 3, UPS 204
HEMP HEMP DMC 3 CS115,,. 3-2 장비에대한 CS115, 시험 UPS DMC CS115,. 11, 2 4 5, 6, MIL-STD- 461F. UPS, DMC. 표 6. UPS DMC Table 6. Results of test for UPS & DMC. (MHz UPS DMC 0.01 0.97 1.1 0.1 0.08 1.96 1 11.9 22.0 10 17.1 27.0 30 5.8 4.6 100 0.8 0.99 3-3 PCI 검증시험 HEMP UPS DMC, 그림 12. PCI Fig. 12. Configuration of PCI verification test. 그림 11. CS115 Fig. 11. CS115 setup for susceptibility test. 표 5. UPS DMC CS115 Table 5. Results of CS115 test for UPS & DMC. UPS DMC - 10.6 9.2 UPS DMC 12. UPS DMC, 13 14, 7. UPS 1,. DMC 1.17 A 0.1 A,. DMC DMC 표 7. PCI Table 7. Results of residual current measurement on PCI verification test. ( UPS 0.09 6.43 10 4 6.38 10 4 DMC 1.17 2.22 10 6 1.58 10 3 205
THE JOURNAL OF KOREAN INSTITUTE OF ELECTROMAGNETIC ENGINEERING AND SCIENCE. vol. 25, no. 2, Feb. 2014. 그림 13. UPS HEMP Fig. 13. Residual current of UPS HEMP filter on PCI verification test. HEMP HEMP. HEMP PCI CS115, HEMP. HEMP PCI,, PCI. PCI HEMP PCI. References 그림 14. DMC HEMP Fig. 14. Residual current of DMC HEMP filter on PCI verification test. (2 Ω. HEMP,, 3 2 Ω. UPS DMC, MIL-STD-461F CS115,. HEMP HEMP UPS DMC. HEMP PCI, DMC HEMP,.. 결론 [1] R. Hoad, W. A. Radasky, "Progress in high-altitude electromagnetic pulse(hemp standardization", IEEE Trans. on Electromagnetic Compatibility, vol. 55, no. 3, pp. 532-538, Jun. 2013. [2],,,, " (HEMP ",, 23(3, pp. 392-401, 2012 3. [3] IEC 61000-2-9 : IEC Standard, Electromagnetic Compatibility(EMC, Part 2 : Description of HEMP environment - Radiated disturbance, 1996. [4] IEC 61000-2-10 : IEC Standard, Electromagnetic Compatibility(EMC, Part 2 : Description of HEMP environment - Conducted disturbance, 1998. [5] MIL-STD-188-125-1 : Department of Defense Interface Standard : High-altitude electromagnetic pulse(hemp protection for ground-based C4I facilities performing critical, time urgent missions, Part 1 - Fixed facilities, 1998. [6] MIL-STD-188-125-2 : Department of Defense Interface Standard : High-altitude electromagnetic pulse(hemp protection for ground-based C4I facilities performing critical, time urgent missions, Part 1 - Transportable sys- 206
HEMP 필터 잔류 전류와 전도 내성 기준의 특성인자 비교를 통한 장비의 HEMP 영향성 분석 tems, 1999. [7] MIL-STD-461F : Department of Defense Interface Standard : Requirements for the control of electromagnetic interference characteristics of subsystems and equipment, 2007. [8] A. J. Nalborczyk, "Frequency HEMP filter design to meet MIL-STD-188-125 PCI test requirements", Electromagnetic Interference & Compatibility, INCEMIC 2008. 10th International Conference on, pp. 205-209, 2008. [9] N. K Agarwal, "Impacts of MIL-STD-461D on aerospace equipment", Electromagnetic Interference & Com- patibility, INCEMIC 1995. International Conference on, pp. 362-369, 1995. [10] O. Hartal, "Hardening of I/O ports to the EMP susceptibility requirements of MIL-STD-461E", Electromagnetic Interference & Compatibility, INCEMIC 2006. 9th International Conference on, pp. 366-369, 2006. [11],, "Noise Injection Path IC ",, 24(4, pp. 436-447, 2013 4. 권준 혁 육종 관 년 월 경북대학교 전자공학과 (공학 사 년 월 경북대학교 전자공학과 (공 학석사 년 월 현재: 국방과학연구소 책임 연구원 2010년 3월 현재: 연세대학교 전기전자 공학과 박사과정 EMI/EMC, HEMP 등 1990 2 : 1992 2 : 1992 3 [주 관심분야] 송기 환 곽상근 김소영 의 주파수 특성 을 고려한 의 전자파 전도 내성 시험 방법에 관한 연구 한국전자파학회논문지 년월 년 월 연세대학교 전자공학과 공학 사 년 월 연세대학교 전자공학과 공학 석사 년 월 전기 전자공학과 공학박사 년 월 년 월 년 월 년 월 년 월 년 월 광주과학기술원 조교수 년 월 현재 연세대학교 전기전자공학과 교수 년 년 마이크로파 시스템 해석 및 설계 안테나 시스템 1987 2 : ( 1989 2 : ( 1996 12 : University of Michigan ( 1997 1 1998 9 : University of Michigan Research Fellow 1998 10 1999 2 : Qualcomm Inc. Senior Engineer 1999 3 2000 2 : 2000 3 : 2012 2013 : IEEE Distinguished Lecturer(EMC Society [주 관심분야],, RF MEMS, Bio-radar and Sensors, Computational Electromagnetics, EMI/EMC, HEMP 년 2월: 고려대학교 전기전자전파공 학부 (공학사 2007년 2월: 고려대학교 전파공학과 (공학 석사 2007년 2월 현재: 국방과학연구소 선임 연구원 EMI/EMC, HEMP 등 2005 [주 관심분야] 207