韓國電磁波學會誌 電磁波技術 第 20 卷第 1 號 2009 年 1 月 GHz 대역에서셋업용테이블영향연구 1) 김남 이승우 양준규 * 권종화 ** 강상훈 *** 충북대학교 * 전파연구소 ** 한국전자통신연구원 *** 한국전파진흥원 Ⅰ. 서론정보통신기기, 무선통신기기, 멀티미디어기기등의정보화기기의발달로사람들의삶은한층편안해지고, 광범위한정보를쉽고빠르게습득할수있게되었다. 이러한정보기기는전파를이용하고있으며, 휴대전화, PDA, DMB, HSPDA 등의이동통신분야에서부터의료, 항공, 우주산업등의분야까지활용이확대되고있다. 이러한전파를이용하는기기에서발생하는전자파는서로의기기에대한영향이없어야하며, 전자파에대한내성도있어야한다. 즉, 주파수고갈로인하여점차 GHz 대역의사용이증가하며, GHz 대역을사용하는무선기기등에서발생하는불요전자파영향으로오작동을유발가능성이크게있어전자파에대한내성및영향을최소화할수있는방안을연구하고있다. 이러한불요전자파로인한다양한피해사례가보고되고있으며, 전자파문제가크게대두되었다. 이런문제에대비하여미국, 유럽, 일본등의선진국에서는전기 전자및통신제품에대한전자파장해및내성연구에많은연구를해왔고, 적절하고강력한규제를시행중에있다. 본연구에서는 1~18 GHz 대역에서의 EMI 측정에있어서복사성방해파측정의정확도를높이기위해서비금속성으로만들어진셋업용테이블및안테나마스터에의해측정결과에미치는영향을해석및측정을통해분석할 것이다. 또한, 영향평가결과를토대로셋업용테이블및안테나마스터가 EMI 측정결과에미치는영향을최소화할수있는방안을제시할것이다. Ⅱ. GHz 대역의셋업용테이블연구 2-1 선행연구결과 1 GHz 이상의주파수대역에서측정시셋업용테이블의형태나재질이 EMC 측정결과에미치는영향을평가하고, 측정결과에따른테이블의표준측정불확도를산정하기위한측정절차및방법에대해연구되고있다. EMC 시험평가시, 결과에영향을미칠수있는 EUT 배치방법, 테이블재질및유전율, 크기등의항목을고려하여, 연구를수행하고분석하였다. GHz 대역에서셋업용테이블의영향을분석하기위한연구이므로, 측정안테나의높이는고려하지않으며, 안테나마스터는 NSA나 Site VSWR에서반영되므로고려하지않을것이다. 또한, 테이블영향을평가하기위해사용되는송신안테나는 worst case 인수평편파만을고려하여측정을실시한다. 시험을위한테이블의배치는 [ 그림 1] 에서처럼테이블의대각선이수신안테나의방향으로배치하며, 송신안테나는테이블에서 10 cm 높이에테이블중심과가장자리의중간부분에수평으로배치시킨다. 본기고서는전파연구소정책연구의연구결과를기반으로작성되었습니다. 83
특집 GHz 대역에서셋업용테이블영향연구 To the receiving antenna IEC 2294/05 IEC 2294/05 [ 그림 1] 테이블및송신안테나배치도 1 GHz~18 GHz 측정에사용되는안테나의크기는 CISPR 16-1-4 8.2.2.1절을참조하여광대역다이폴안테나를사용한다. 측정시주파수간격 (step) 은시험하는최대주파수의 0.5 % 이하로선택해야하며, 수신안테나전압은측정기기의노이즈레벨 (noise level) 보다 20 db 이상이어야한다. 또한, 케이블의영향을최소화하기위하여최소 2 m 뒤쪽으로수평배치하며, 유전율이작은페라이트관을사용한다. 케이블이원래위치에서 50 cm 이상변한경우에도수신전압이 0.3 db 이상변화가없다면, 케이블의영향은고려하지않아도된다. Floor-standing Equipment의경우테이블의크기가 EUT보다작다면고려하지않고, 크다면동일한방식으로평가한다. [ 그림 2] 는 CISPR Sub-committee A에서연구사용하기위해제작한테이블및안테나의사진을보여주고있다. [ 그림 3] 은마분지와나무테이블의측정결과를보여주고있다. 측정에사용된테이블의크기는 < 표 1> 에서제시된것과같다. 측정결과, 나무테이블에서 1~2 GHz 사이의주파수대역에서강한공진이발생하였으며, 나무재질의테이블이마분지재질의테이블보다 EMI 시험에더많은영향을주는것으로분석되었다. 테이블표면위의송신안테나의높이는 0.5 db 이하에서 Δmax 값의차이가발생하지않는다면, 크게영향이없는것으로확인되었다 [1]. 한국에서도 1~2 GHz 대역에서셋업용테이블의영향을분석한결과가전파연구소에서수행되었다 [2]. 테이블은공기 (air), 스트로폼 (styrofoam), 나무 (wood), 에폭시 (epoxy), 테프론 (teflon) 재질로구성되어있으며, 분석은안소프트사 ( 社 ) 의상용시뮬레이션툴인 HFSS를사용하였으며, 측정은 CNE와혼안테나를사용하였다. [ 그림 4] 는테이블재질에따른시뮬레이션결과를보여주고있으며, [ 그림 5] 는실제방사패턴측정결과를보여주고있다. 측정결과, 시뮬레이션결과와유사한방사패턴을보였고, 1.5 GHz 대역에서공기와스트로폼의 CNE 는전방향성방사패턴을보였지만, 나무, 테프론, 에폭시의방사패턴은하단부가찌그러지는것을확인할수있는데, 왜곡이발생했다는의미로해석할 [ 그림 2] 셋업용테이블영향평가를위한테이블및안테나구성 84
韓國電磁波學會誌第 20 卷第 1 號 2009 年 1 月 [ 그림 3] 마분지와나무테이블에대해안테나높이에따른영향 < 표 1> 테이블재질및크기 재질 크기 마분지박스 (empty) 64.5 47.5 15.5 cm 나무 80 80 80 cm 수있다. 2-2 나무재질테이블영향연구 본연구에서는 1~18 GHz 대역의 EMC 측정시 (a) Phi=0 일때, CNE 의방사패턴 [ 그림 4] 테이블재질에따른 CNE 시뮬레이션결과 (b) Theta=90 일때, CNE 의방사패턴 85
특집 GHz 대역에서셋업용테이블영향연구 (a) Top view [ 그림 5] 테이블재질에따른 CNE 방사패턴측정결과 셋업용테이블이측정결과에영향을미치는지에대하여알아보기위하여사각형나무테이블에서측정을실시하였다. 측정에사용된셋업용테이블은지름이 1 m인나무테이블을사용하였으며, 수신안테나는표준혼안테나를사용하였고, 송신안테나는바이코니컬안테나 (3~18 GHz) 를사용하여측정을하였다. 바이코니컬안테나를지지하기위한지지대는유전율이 1.05인테프론소재의재질을사용하여제작한구조물로써측정환경에거의영향을주지않도록하였다. 측정은전자파측정센터의전자파무반사실에서진행하였다. [ 그림 6] 은앞에서언급한 CISPR/ A/808/CDV 문서 [1] 에서제시한방법을기준으로구성한테이블및안테나그림이다. 셋업용테이블의중심으로부터모서리부분까지의길이를 R로놓았으며, 바이코니컬안테나의위치는테이블중심을기준으로전후로 R/2 지점에위치한다. 수신안테나인표준혼안테나를기점으로바이코니컬안테나가테이블중심앞쪽에위치하는지점을측정점 1로하였으며, 뒤쪽에위치하는지점을측정점 2로하였다. 또한, 테이블이있는경우를 T, 없는경우를 R로하였으며, 바이코니컬안테나와테이블사이의간격을 0.1 m로하였다. 실제실험실에서셋업용테이블및송수신안테나를설치한사진을 [ 그림 7] 에서보여주고있다. (b) Side view [ 그림 6] 셋업용테이블및안테나위치 [ 그림 7] 실제설치된테이블및안테나사진 2-3 측정및결과분석셋업용테이블의영향유무가본연구의주요목적이므로, 테이블의유무에따른측정결과를비교해보았다. [ 그림 8](a) 는측정점 1에서측정한결과이며, [ 그림 8](b) 는측정점 2에서의결과이다. 측정결과테이블유무에따라차이가발생하였으며, 1~3 GHz 사이에서차이값이크게발생하는것을확인할수있었다. 바이코니컬안테나가 3~18 GHz 측정용이라서발생했을것으로분석하였으며, 86
韓國電磁波學會誌第 20 卷第 1 號 2009 年 1 月 (a) 측정점 1 (b) 측정점 2 [ 그림 8] 측정점 1 및 2 에서테이블유무에따른측정결과 12~13 GHz 대역에서도큰차이가발생하는것을볼수있는데, 전자파무반사실에서흡수체를셋업용테이블주변에설치하지않아서생긴결과로분석된다. 측정점 1과측정점 2 점에서측정값을비교하여, 송신안테나의거리에따른차이를분석하였다. [ 그림 9](a) 는측정점 1과 2에서테이블이없는경우의측정결과이며, [ 그림 9](b) 는테이블이있는경우의측정결과를보여주고있다. 측정결과, 거리에따른차이가크게발생하는것을확인할수있었다. EMC 측정주파수대역이 GHz 대역으로올라갈수록거리에따른측정결과가민감하게반응한다고분석할수있으며, 1~18 GHz 대역에서는측정기준을정확히확립하여오차범위를최소한으로줄여야한다. Ⅲ. 결론 GHz 대역이상 (1~18 GHz) 에서의 EMI 측정시복사성방해파측정의정확도를높이기위해서비금속성으로만들어진셋업용테이블에의해측정결과에 87
특집 GHz 대역에서셋업용테이블영향연구 (a) 테이블이없는경우 (b) 테이블이있는경우 [ 그림 9] 측정점 1 과 2 의측정결과비교 미치는영향을해석하였으며, 측정을통해영향을분석하였다. 연구결과를토대로 EMC 측정시셋업용테이블의영향에대한분석결과 GHz 대역이상에서는영향을미치는것으로확인되었으며, 수신안테나와송신안테나의거리에도영향을미치는것으로분석되었다. 따라서정확한측정을위해서는기본적으로전자파무반사실의 site validation을해야하며, GHz 대역이상의측정에적합한송신안테나가필요하다. 또한, 셋업용테이블의재질, 종류, 모양, 유전율등으로인한영향이있는것으로확인되었으므로, 정확한측정을위하여송수신안테나의종류및거리, 테이블종류, 전자파무반사실환경조건 ( 흡수체설치범위 ) 등의측정기준을정확히확립해야한다. 참고문헌 [1] CISPR 16-1-4 Amd.2 f2 Ed.1.0: Influence of setup tables and antenna towers, Mar. 2007. 88
韓國電磁波學會誌第 20 卷第 1 號 2009 年 1 月 [2] 공성식, 오학태, " 방사노이즈측정시 Set-Up 테이블의영향평가방법에대한국제표준화동향 ", 한국전자파학회지 ( 전자파기술 ), 18(1), pp. 23-31, 2007 년 1월. 필자소개 김남 1981년 2월 : 연세대학교전자공학과 ( 공학사 ) 1983년 2월 : 연세대학교전자공학과 ( 공학석사 ) 1988년 8월 : 연세대학교전자공학과 ( 공학박사 ) 1992년 8월~1993년 8월 : 미국 Stanford 대학교방문교수 2000년 3월~2001년 2월 : 미국 California Technology Institute 방문교수 1989년~현재 : 충북대학교전기전자컴퓨터공학부교수 1996년~현재 : 한국전자파학회전자장과생체관계연구회위원장 [ 주관심분야 ] 이동통신및전파전파, 마이크로파전송선로해석, EMI/EMC 및전자파인체보호규격 권종화 1994년 2월 : 충남대학교전자공학과 ( 공학사 ) 1999년 2월 : 충남대학교전파공학과 ( 공학석사 ) 1999년 1월~현재 : 한국전자통신연구원방송통신융합연구부문전파기술연구부전자파환경연구팀선임연구원 [ 주관심분야 ] 전자파이론, EMC 해석및대책기술, EMC 측정표준 이승우 2003년 2월 : 충북대학교정보통신공학과 ( 공학사 ) 2006년 2월 : 충북대학교정보통신공학과 ( 공학석사 ) 2007년 3월~현재 : 충북대학교정보통신공학과박사과정 [ 주관심분야 ] 안테나설계, EMI/EMC 및전자파인체영향 강상훈 1997년 12월~2001년 1월 : 정보통신부전파연구소검정과 2001년 1월~2002년 5월 : 정보통신부전파연구소이천분소 EMI담당 2002년 5월~2005년 8월 : ( 주 ) 현대교정인증기술원제품인증사업부 2007년 12월~2009년 1월 : 한국전파진흥원산업지원단 ANT기술지원센터 2009년 1월~현재 : 한국전파진흥원경북지역본부검사팀 양준규 2008년 8월 : 군산대학교정보통신전파공학 ( 공학박사 ) 1997년 12월~현재 : 방송통신위원회전파연구소근무 89