KR100226426B1 - Gtem셀의 복사에미션 측정방법 - Google Patents

Gtem셀의 복사에미션 측정방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전자제품내의 클럭발진 등의 이유로 발생되는 전자파의 방사정도를 검사하기 위한 즉, 복사 에미션(radiated emission) 측정을 위한 실험시설인 야외시험장(Open Area Test Site; 이하, OATS라 칭함)의 대체 시설중 하나인 GTEM(Giga-Hertz Transverse Electromagnetic)셀의 OATS와의 상관관계를 얻기 위한 복사 에미션 측정방법에 관한 것이다.

Description

GTEM(Giga-Hertz transverse electromagnetic) 셀의 복사 에미션 측정방법
제1도는 OATS에서의 복사 에미션 측정환경 구성도.
제2도는 TEM 셀을 이용한 복사 에미션 측정환경 구성도.
제3도는 GTEM 셀의 외관 및 내부 구성도.
제4도는 본 발명이 적용되는 GTEM 셀에 의한 복사 에미션 측정 시스템 구성도.
제5도는 본 발명에 따른 복사 에미션 측정의 전체 절차도.
제6도는 상기 제5도의 동작과정중 실질적인 복사 에미션 측정의 순서도.
제7도, 제8도 및 제9도는 측정시 피시험체의 위치도로서 제 5도의 좌표계 배치를 보인다.
제10도는 복사 에미션 계산을 위한 이미지(image) 이론의 적용.
제11도는 GTEM 셀을 이용한 복사 에미션의 실제 측정 예 (피시험체 : 노트북 컴퓨터)로서 일반적인 피시험체인 노트북 컴퓨터의 복사 에미션 결과를 전 주파수 대역에서 보이고 있다.
제12도는 노트북 컴퓨터의 복사 에미션의 비교로서 GTEM 값과 OATS 값을 비교하고 있다.
제13도는 GTEM 대 OATS 상관관계 분석이다.
본 발명은 전자제품내의 클럭발진 등의 이유로 발생되는 전자파의 방사정도를 검사하기 위한 즉, 복사 에미션(radiated emission) 측정을 위한 실험시설인 야외시험장(Open Area Test Site; 이하, OATS라 칭함)의 대체 시설중 하나인 GTEM(Giga-Hertz transverse eletromagnetic) 셀에서 OATS와의 상관관계를 얻기 위한 복사 에미션 측정방법에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 GTEM 셀내의 피시험체의 방위와 GTEM 셀 출력단의 전력간의 상관관계를 얻을 수 있는 OATS 복사 에미션 수식을 포함한다.
일반적으로, 근래에 들어 사용자들이 전자제품(예를들어, TV, 컴퓨터,....)에서 발생되는 유해전자파에 대한 관심이 많아지자 국제적으로 또는 전자제품을 생산하는 각 국에서 EMI 규결에 적합한 제품의 생산을 위한 EMI 시험을 시행하고 있다. EMI 시험을 위해서는 원칙적으로 첨부한 제 1 도에 도시되어 있는 바와같은 OATS를 사용할 것을 권고해 왔는데, 이유는 피시험체에서 발생되는 전자파가 완전히 방사되도록하여 수신안테나까지의 전파간섭을 없애기 위한 것이다. 그러나, 현대사회의 각 생활에 필수품으로 등장하는 전자·전기 기기들의 증가추세와 더불어 방송·무선통신 시스템의 다양화로 인한 인공잡음이 증대되므로서 적합한 실험장 부지선정이 어렵게 되는 요인으로 작용한다. 또한, 설비 비용이 매우 크며 날씨변화에 따라 시험계획이 변경될 수도 있다는 어려움이 발생되었다.
상술한 여건상의 어려움으로 인해 상기 OATS를 실내에 구현하는 기술이 개발되었는데, 이는 전자파 무반사실(Semi-Anechoic Chamber; 이하, SAC라 칭함)이라는 것이다. 상기 SAC는 건물 내부의 벽으로부터 반사를 없애기 위해 바닥을 제외한 내벽과 천정에 전자파 흡수체를 모두 설치하고 바닥을 완전하게 접지시킨 구조를 갖고 있기 때문에 대부분의 환경잡음을 감쇠시키므로 야외시험장과 같이 장소의 구애를 받지 않게 되었으며 특히, 도시나 혹은 제품 생산지 가까운 위치에 설치 운용이 가능하다는 장점이 있다. 그러나 상술한 장점에 비하여 큰 설치공간과 많은 시설유지 비용을 필요로 한다는 문제점이 있으며, 더욱이 저주파대에서는 반사에 의한 공진을 완전히 제거할 수 없어 검사의 신뢰도가 떨어진다는 단점이 있다.
또한, 상술한 두개의 시설 즉, OATS과 SAC는 공통적으로 피시험체(EMI를 시험하고자 하는 대상체)를 회전탁자 위에 두고 원탁을 회전시켜야 하고, 상기 피시험체에서 발생되는 전자파를 검출하는 안테나의 높낮이를 변화시켜야 하며, 또한 복사되는 전계를 수직성분과 수평성분으로 나누어 측정해야 하므로 안테나의 수직, 수평으로의 배치변경 그리고 주파수에 따라 안테나의 종류를 바꾸어야 하는 번거로움으로 인해 측정에 소요되는 시간이 매우 길다는 단점을 갖고 있다(보통 수시간).
그에 따라, 상기 SAC의 단점을 극복하기 위해 제안된 TEM(transverse electromagnetic) 셀은 첨부한 도면중 제 2 도에 도시되어 있는 바와같은 구성을 갖는데, 외부 잡음을 훌륭하게 차폐하며 값이 저렴한 장점이 있는 반면에, 공지 현상으로 인한 사용 주파수 대역의 제한이 있다. 왜냐하면, 공진이 발생하는 주파수는 TEM 셀의 단면구조 또는 크기에 의존하는데, 해당 크기 이하의 저주파 대역에서는 성능이 매우 좋으나, 각국의 EMI 규격이 복사전계강도 측정시 상한 주파수를 1GHz로 정하고 있기 때문에 1GHz 까지 TEM 셀의 성능이 떨어지지 않도록 제작하려면 그 단면에 있어 한 변 길이가 십여㎝에 그쳐, 도저히 피시험체를 TEM 셀 내부에 넣을 수 없을 정도로 크기가 작게 된다는 단점이 있다.
상기와 같은 종래의 EMI 규격 검사 시설들은 각기 장단점을 갖고 있으며, 각각의 단점은 날로 강화되고 있는 EMI 규격을 만족시키는데 역부적이라는 문제점이 제시되었다. 상기 시설들의 문제점을 해소하기 위해 80년대에 Dr. Hansen GmbH에 의해 제안된 GTEM 셀은 지금까지 개발된 시설들의 장점을 모두 가지면서도 특별한 결점을 갖지 않는 시설로 평가받고 있다. 기본적으로 TEM 셀 및 GTEM 셀을 이용한 EMI 측정은 셀 내에 시험하고자 하는 기기(피시험체)를 넣고 OATS와의 상관관계를 갖는 알고리즘에 의해 피시험체의 방위 변화에 따른 셀 출력단의 측정전력으로써 OATS에서의 EMI를 모의 또는 예측하는 간접적인 측정이다. 이는 안테나의 높낮이 변화, 피시험체의 0°에서 360°연속회전 및 안테나 교체 등의 과정이 필요없어 측정시간을 1시간 정도로 단축 할 수 있다는 장점이 있다. 상기와 같은 GTEM 셀은 스위스 ABB사에서 고안된 이래 지속적인 연구 및 국제 특허를 획득하여 현재 전 세계에서 4개의 회사가 H/W(GTEM 셀) 및 S/W(OATS와의 상관관계를 갖는 알고리즘)를 판매하고 있다.
상기 GTEM 셀의 구조적 원리를 첨부한 제 3 도를 참조하여 살펴보면, TEM 셀이 가지고 있는 한계점인 사각뿔 형태로 좁아지는 종단(tapered termination)으로 인한 반사를 극복하기 위해 TEM 셀이 한 쪽단을 분포저항판(distrbuted resistor board)(10)과 전자파 흡수체(RF absorber)(20)를 사용하여 저주파대에서 상기 분포저항판(10)이 50Ω 부하와 같이 동작하고, 고주파대에서는 상기 흡수체(20)가 무반사실에서와 같이 입사파를 감쇄시켜 주므로 고주파대역까지 복사 에미션 시험 및 복사 자화율(susceptibility) 시험이 가능하다.
즉, 상기 GTEM 셀을 이용한 복사 에미션 측정은 안테나에 의한 직접측정이 아니라, 상기 OATS과의 상관관계를 규명할 수 있는 이론적인 알고리즘에 의한 간접측정 방식이다. 그러나, 상기 GTEM 셀의 측정방식이 이론적인 알고리즘에 의한 간접측정이기 때문에 사용되는 알로리즘의 신뢰성 및 정확성이 직접적으로 측정결과에 영향을 미치게 된다는 단점이 있다. 특히, 기존의 스위스에서 개발되어진 알고리즘에서는 계산상의정확도가 떨어지는 단점이 발견되었다.
상술한 GTEM 셀에 적용되는 종래 알고리즘의 단점을 해소하기 위한 본 발명의 목적은 GTEM 셀내의 피시험체에 대한 복사 시험에서 셀 내부공간에 비해 피시험체의 크기가 비교적 작은 경우에 한하여 피시험체를 하나의 점전류원으로 보고, 그 위치에 멀티폴 모멘트(multi-pole moment)로서 피시험체가 갖는 전류성분들을 모델링함으로써 GTEM 셀의 측정 신뢰성을 높이기 위한 GTEM 셀의 복사 에미션 측정방법을 제공하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징은, 전자제품내의 클럭발진 등의 이유로 발생되는 전자파의 복사 에미션 측정을 위한 시설인 GTEM 셀과 OATS와의 상관관계를 얻기 위한 복사 에미션 측정방법에 있어서, GTEM 셀의 좌표를 (X, Y, Z)로 설정하고 피실험체의 좌표를 (X', Y', Z')로 설정할 경우, 상기 GTEM 셀의 좌표(X, Y, Z)와 피시험체의 좌표(X', Y', Z')를 일치시킨 피시험체의 좌표를 (XX', YY', ZZ')으로 초기화하고 제 1 및 제 2 측정변수를 초기화하는 제 1 단계와, 제 1 측정 변수를 1만큼 증가시키고, 제 1 측정변수에 따른 에미션 전력을 측정한 후, 상기 제 1단계에서 초기화된 제 1 측정변수와 제 2 측정변수를 비교하는 제 2 단계와, 상기 제 2 단계의 비교 결과에 따라 Y축에 대해 반시계 방향으로 피시험체를 45°및 90°만큼 회전시킨 후 상기 제 2 단계로 재진행하는 제 3 단계와, 상기 제 2 단계와 제 3 단계를 소정 임계치의 범위내에서 반복수행하며 상기 피시험체의 공간좌표를 수정하는 제 4 단계와, 복사전계강도를 측정하기 위해 사용되는 주파수를 초기화하고, 피시험체의 바닥중심으로부터 거리, 최대수직전계, 최대수평전계, 피시험체의 회전각 및 피시럼체의 높이를 측정하는 제 5 단계와 X,Y 좌표를 갖는 직각좌표를 상기 제 5 단계에서 초기화된 피시험체의 회전각 및 높이를 갖는 원통좌표로 변경하고, 변경된 원통좌표와 상기 제 2 단계에서 측정된 GETM 전송전력을 참조하여 각 검사주파수 범위에서 최대 수직/수평전계를 계산하는 제 6 단계와, 상기 제 6 단계에서 계산된 최대수직전계와 수직전계를 비교하고, 상기 제 6 단계에서 계산된 최대수평전계와 수평전계를 비교하는 제 7 단계와, 수직전계 및 수평전계가 최대수직전계 및 최대수평전계보다 클 경우, 그 수직전계를 최대수직전계로서 저장하고 그 수평전계를 최대수평전계로서 저장한 후, 피시험체의 높이가 소정값일 때 상기 제 6 단계와 제 7 단계를 반복하는 제 8 단계와, 상기 졔 8 단계에서 피 시험체의 높이가 소정값일 경우, 피시험체의 회전각을 소정값으로 할 때 상기 제 5 단계의 피시험체의 단계높이를 소정값으로 초기화하는 처리를 반복하는 제 9 단계와, 그리고 그 회전각을 소정값으로 설정할 경우, 상기 제 8 단계에서 저장한 최대 수직전계 및 수평전계를 출력하고, 상기 주파수가 소정값으로 설정될 때 상기 제 5 단계에서 초기화된 주파수를 출력하는 제 10 단계로 이루어진 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 일 실시예를 설명한다.
제 4 도는 본 발명이 적용되는 GTEM 셀에 의한 복사 에미션 측정 시스템의 구성도로서, 셀 내부에 정상동적하는 피시험체를 배치하고, 첨부되어 있는 제 5 도에 도시되어 있는 순서에 따라 기준 위치에 배치되어 있는 피시험체를 GTEM 셀 출력단에서 복사 에미션 시험대역(30MHz∼1GHz)상의 전력을 전력수신기(100)로써 측정한 후 다시 상기 피시험체의 방위(배치)를 변경하고 다시 전달전력을 측정하는 과정을 반복수행하며, 컴퓨터 시스템(200)으로 GPIB 케이블을 통해 전달된다. 상기 컴퓨터 시스템(200)에서는 측정전력을 데이터 파일(data file) 형태로 받아들여 첨부되어 있는 제 6 도에 도시되어 있는 과정에 따라 OATS에서의 복사에미션 산출 기능을 수행하게 된다. 그로인해, 복사 에미션 시험 전대역에 걸쳐 야외시험장에서 피시험체로 부터 복사되는 최대 전계를 예측할 수 있게 된다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 상기 제 5 도와 제 6 도에 도시되어 있는 본 발명에 따른 알고리즘을 설명하면 다음과 같다. 제 5 도는 본 발명에 따른 측정 과정에 따른 동작 순서도로서, 스텝 S101에서 스텝S111까지는 피시험체를 회전시키며 각 부위에서 발생되는 전자파의 전력을 측정하여 파일화시키는 과정이다. 스텝 S101에서 검사대상인 피시험체를 첨부한 도면 중 제 7 도에 도시되어 있는 (XX', YY', ZZ') 형태로 배치하고 측정변수(n,m)를 초기화(n=0, m=n+2)한다. 이후, 스텝 S102에서는 피시험체의 배치 번호를 나타내는 제 1 측정변수(n)를 '1'증가시키고(n=n+1), 스텝 S103에서는 피시험체로부터 전송된 제 1 측정변수(n)에 따른 전자파의 전력 (Pf(n))을 측정한다. 상기 스텝 S103에 해당 변수에 따른 전력측정이 완료된 이후, 스텝 S104에서 제 1 측정변수(n)과 제 2 측정변수(m)의 크기를 비교하여 상기 제 1 측정변수(n)가 제 2 측정변수(m)보다 크지 않은 경우 스텝 S105로 진행한다. 상기 스텝 S105에서는 상기 피시험체를 Y축에 대하여 반시계 방향으로 45°만큼 회전시킨 후 상기 스텝 S102로 재진행한다.
스텝 S102∼스텝 S105의 과정이 반복되는 가운데, 상기 스텝 S104에서는 제 1 측정변수(n)와 제 2 측정변수(m)의 크기를 비교한 결과, 상기 제 1 측정변수(n)가 제 2 측정변수(m)보다 큰 경우 는 스텝 S106으로 진행하게 된다. 상기 스텝 S106에서는 상기 제 1 측정변수(n)가 '5'와 같은가를 판단한다. 이때, 상기 스텝 S106에서는 상기 제 1 측정변수(n)가 '5'와 동일하다고 판단되면, 스텝 S107로 진행한다. 상기 스텝 S107에서는 상기 제 2 측정변수(m)에 현재 제 1 측정변수(n)의 값보다 2가 큰 값(m=n+2)으로 셋팅시키고, 검사자는 상기 피시험체의 배치를 첨부한 제 8 도에 도시되어 있는 바와같은 형태(XY', YZ', ZX')로 기울인 후 상기 스텝 S102로 재진행한다.
또한, 상기 스텝 S106에서는 상기 제 1 측정변수(n)가 '5'와 동일하지 않다고 판단되면, 스텝 S108로 진행한다. 상기 스텝 S108에서는 상기 제 1 측정변수(n)가 '10'과 같은가를 판단하여 동일하다고 판단되면, 스텝 S109로 진행한다. 상기 스텝 S109에서는 상기 제 2 측정변수(m)에 현재 제 1 측정변수(n)의 값보다 2가 큰 값(m=n+2)으로 셋팅시키고, 상기 검사자는 다시 상기 피시험체의 배치를 첨부한 제 9 도에 도시되어 있는 바와같은 형태((XZ', YX', ZY')로 뒤집어 놓은 후 상기 스텝 S102로 재진행한다. 상기 스텝 S102∼스텝 S105를 3번 수행하여 변수(m,n)를 검사한다.
그리고나서, 만약, 상기 스텝 S108에서 상기 제 1 측정변수(n)가 '10'과 동일하지 않다고 판단되면, 스텝 S110으로 진행한다. 상기 스텝 S110에서는 상기 제 1 측정변수(n)가 '15'와 같은가를 판단하여 동일하지 않다고 판단되면, 스텝 S111로 진행한다. 상기 스텝 S111에서는 상기 피시험체를 Y축에 대하여 반시계 방향으로 90°만큼 회전시킨 후 상기 스텝 S102로 재진행한다. 상술한 과정과 달리 상기 스텝 S110에서 상기 제 1 측정변수(n)가 '15'와 동일하다고 판단되는 경우 스텝 S200으로 진행하여 OATS의 복사 에미션 산출동작을 수행한다.
상기 스텝 S200의 상세 동작 과정은 제 6 도에 도시되어 있는 바와같다. 스텝 S201에서는 복사전계강도 측정시 사용되는 주파수(f)를 최저 검사주파수 즉, 30MHz로 초기화 한다. 또한, 스텝 S202에서는 피시험체의 복사크기를 계산하기 위한 거리를 피시험체의 바닥중심으로부터의 복사거리인 제 3 측정변수(ρ)로서 셋팅한다. 또한, 스텝 S203에서는 피시험체의 회전각도(Φ)를 0°로 초기화 한다. 이후, 스텝 S204에서는 피시험체의 위치를 Z축(첨부한 제 3 도에서 흡수체로부터 멀어지는 방향)으로 1m이동시킨다. 상기 스텝 S204의 동작이 완료되면 스텝 S205에서는 피시험체로부터 복사되는 전계를 계산하기 위한 관찰점을 피시험체의 직각 좌표(X,Y)에서 원통 좌표(회전각도(Φ), 제 3 측정변수(ρ)로 변경한다. 이후, 소정의 계산식에 의하여 스텝 S206에서 수직전계(EV(f))와 수평 전계(EH(f))를 계산하게 된다. 상기 스텝 S206에서 계산되어진 수직전계(EV(f))와 수평전계(EH(f))에 대한 데이터를 스텝 S207에서 비교하여 수직전계(EV(f))가 수평전계(EH(F))보다 큰 경우 스텝 S208로 진행하여 수직전계(EV(f))의 데이터를 최대수직전계(EVMAX)로 치환하고 스텝 S209로 진행한다. 만약, 상기 스텝 S207에서 수직전계(Ev(f))가 수평전계(EH(f))보다 크지 않다고 판단되면 상기 스텝 S209로 진행한다.
상기 스텝 S209에서는 상기 스텝 S206에서 계산되어진 수평전계(EH(f))가 최대수평전계(EHMAX) 보다 큰가를 비교하여 큰 경우 스텝 S210으로 진행한다. 상기 스텝 S210에서는 수평전계(EH(f))의 데이터를 최대수평전계(EHMAX)로 치환하고 스텝 S211로 진행한다.
상기 스텝 S211에서는 상기 피시험체의 위치가 기준점에서 Z축으로 4m가 되는가를 판단하여 아닌 경우 스텝 S212로 진행한다. 상기 스텝 S212에서는 Z축 이동범위를 소정치(dZ)증가시킨 후 상기 스텝 S205로 진행한다. 만약, 상기 스텝 S211에서 상기 피시험체의 위치가 기준점에서 Z축으로 4m가 되었다고 판단하는 경우 스텝 S213으로 진행하여 상기 피시험체가 기준위치에서 Y축을 회전축으로하여 반시계 방향으로 360°회전하였는가를 판단하여 아닌 경우 스텝 S214로 진행하고, 상기 스텝 S214에서는 회전각도(Φ)를 소정치(dΦ)증가시킨 후 상기 스텝 S204로 진행한다.
만약, 상기 스텝 S213에서 상기 피시험체가 기준위치에서 Y축 방향으로 360°회전하였다고 판단되면 스텝 S215로 진행하여 검사주파수(f)와 최대수직전계(EvMAX) 및 최대수평전계(EHMAX)를 출력한다. 이후, 상기 검사주파수(f)가 1GHz 도달하였는가를 스텝 S216에서 판단하여 1GHz에 도달한 경우 종료하고, 상기 검사주파수(f)가 1GHz에 도달하지 못한 경우 상기 검사주파수(f)를 소정치(df) 증가시킨 후 상기 스텝 S203으로 진행시킨다.
상기와 같은 과정을 통하여 본 발명은 실제로 야외시험장에서 장시간에 걸쳐 복사 에미션의 실측정을 하지 않고서 GTEM 셀만으로 약 1시간 이내에 목적하는 복사값을 얻을 수 있다. 즉, 방위 및 방위변경의 횟수가 곧 GTEM 셀을 이용한 EMI 시험절차이며 그 때의 GTEM 전력을 OATS에서의 복사 전계와 상관 관계를 짓는 일련의 과정을 OATS와의 상관 알고리즘이라 하겠다. 상관 알고리즘은 피시험체의 움직임과 방위변화의 횟수가 적도록하여 측정시간을 단축하면서도 또한 정확도가 높도록 추구해야 할 것이다. 상기와 같은 방식은 측정회수(피시험체의 방위변화수)가 기존에 제안된 것보다 3회 늘었으나 이것은 측정시간으로 볼 때 5분 정도의 차밖에 나지 않으면서 보다 정확하고 계산에 있어 복사량을 안정되게 평가할 수 있음을 실제 GTEM 셀을 이용하여 측정된 값과 야외시험장에서 측정된 값을 비교함으로써 알 수 있었다.
본 발명에서는 측정거리가 안테나의 높이에 비해 매우 크다고 가정하면 몇 개의 항은 근사가 가능하여 OATS에서 임의의 피시험체로 부터의 복사 에미션 수식은 15항들의 대수적 결합으로 표현 할 수 있게 된다. 따라서 이 15개의 미지항들을 얻기 위해 GTEM 셀 내의 피시험체의 방위변화를 통해 측정되는 15개의 독립적인 GTEM 셀 출력단전력을 얻어서 그 전력들이 OATS에서의 에미션 수식과 상관관계를 갖도록 고안한다. 따라서, 피시험체로부터 OATS 복사 에미션을 GTEM 셀로써 모의하기 위해서는 GTEM 셀내의 15가지의 피시험체 배치를 요구한다.
상술한 15가지의 피시험체 배치를 예로들어 상술한 제 5 도와 제 6 도에 따른 동작설명을 부연하면 다음과 같다. 피시험체 배치는 초기 위치에 따라 크기 XX`, XY' 그리고 XZ`의 3가지로 나뉠 수 있으며, 이들 3 가지의 피시험체의 배치는 제 7 도, 제 8 도 및 제 9 도에서와 같이 (XX`, YY`, ZZ`), (XY`, YX`, ZX`) 및 (XZ`, YX`, ZY`)이다. 이 3가지의 초기 위치에서 각각 수직축(Y축)에 대해 반시계 방향으로 0°, 45°, 90°,180°, 270°의 5배치를 취한다. 따라서 총 15가지의 피시험체 배치가 요구된다. GTEM 셀의 좌표계를 (X,Y,Z)라 하고 피시험체의 좌표계를 (X`,Y`,Z`)라 한다. GTEM 셀의 좌표계(X,Y,Z)는 제 3 도에서 보는 바와같이 피시험체가 놓이는 셉텀 아래 부분에서 볼 때 GTEM 셀 출력단쪽이 Z축, 수직 방향이 Y축 그리고 오른나사 법칙에 따라 Y×Z=X축이 GTEM 셀 출력단에서 볼 때 오른쪽을 향하게 된다. 피시험체의 좌표계는 정상적인 배치에서 피시험체 부피의 중심을 원점으로 두고 수직축을 Y`축, 왼쪽 방향을 Z`축 그리고 지면상으로 나오는 방향을 X`축으로 둔다. 상술한 각 방향에 대한 예시도는 첨부한 도면중 제 7 도 내지 제 9 도에 도시되어 있는 바와같으며, GTEM 셀로서 복사 에미션을 측정하기 위한 셀 내 피시험체 배치의 일례로 PC 시스템을 들고 있다.
PC 시스템의 정상적인 배치인 제 7 도에서 PC 시스템 중심에서 지면 위로 나오는 방향을 X`축, 수직방향을 Y`축 그리고 왼쪽방향을 Z`축으로 두었다. 이제 제 7 도에 따라 XX`, XY` 그리고 XZ` 배치를 설명하면서 제 5 도의 흐름도에 따른 측정 배치상태가 제 7 도의 XX` 배치이다. 이제 제 5 도의 흐름도에서와 같이 n=0, m=n+2=2로 두고 n을 1만큼 증가시킨다. 그리고, GTEM 셀 출력단 전력을 측정한다. 출력단 전력은 흐름도에서 Pf(n)으로 표기되어 있는 데 아래첨자 f는 각 주파수 포인트(point)를 나타내며, 전력 수신기의 설정대역의 모든 Pf(n)을 읽어들인다. 「전력측정」 수행은 한 번에 P30MHz(n), P30MHz+df(n), P30MHz+df(n), ㆍㆍㆍ, P1GHz(n)을 받아들이는 것이며 개수는 주파수 포인트의 총 개수와 동일하게 되고 이것은 수신기에서 대역폭의 설정에 따라 달라질 것이다. 수신기에서 읽을 수 있는 데이터의 개수는 한정되어 있으므로 복사 에미션 측정대역(30MHz ~1GHz)를 몇번에 나누어 수신하느냐에 따라 달라지는 것이다. 다시 XX`배치로 돌아가서 이 배치가 제 5 도의 n=1인 상태이고 이때 GTEM 셀 출력단 전력이 Pf(1)이다. GTEM 셀 출력단 전력측정은 제 4 도의 전력수신기(100)로 수신하되 최대의 복사량을 얻기 위해 일정시간 최대값이 될 때까지 기다린 후 그 값을 컴퓨터 시스템(200)으로 읽어들인다. n=1과 m=2를 비교하여 n이 m 보다 크지 않으므로 피시험체는 45°회전한다.
이 흐름도에서의 회전각은 모두 GTEM 셀의 Y축에 대한 반시계 방향을 기준한다.
그리고 n을 다시 1만큼 증가(n=2) 시키고 전력(Pr(2))을 측정한다. 다시 n=2와 m=2을 비교하여 여전히 n이 m 보다 크지 않으므로 다시 그 상태의 배치에서 45°회전하고 n을 증가시키고 전력 Pf(3)을 측정한다. n=3이 되어 m과 비교하면 n이 더 크므로 n과 m의 비교에서 오른쪽의 Yes로 분기되어 (n≠5 n≠10 n≠15)이므로 피시험체는 90° 회전하게 된다. 그리고 종전과 같이 n은 증가되어 4가 되고 전력 Pf(4)을 측정한다. 다시 n=3일 때와 같은 루프(loop)를 돌아 n=5가 되고 Pf(5)를 측정하게 된다.
제 5 도의 측정절차도에서 회전각 Φ는 누적되는 것으로 표현되어 있으나 측정번호 n=1~5의 다섯 배치는 달리 표현하면 최초의 XX` 배치에서 각각 반시계 방향으로 0°, 45°, 90°, 180°, 270°이 됨을 알 수 있다. 이제 n과 m의 비교에서 nm이고 n=5이므로 피시험체의 배치를 XY`로 새로이 배치시켜야 한다. 이 배치는 제 8 도에서 나타내고 있는데 XY` 배치는 피시험체를 기울여(X`,Y`,Z`)를 GTEM 셀 기준 좌표계(Z,X,Y)에 일치시키는 것이다. 그리고 제 5 도의 흐름도에와 같이 m=n+2=7이 된 다음, n을 1만큼 증가시키고 (n=6), Pf(6)을 측정한다. n=6과 m=7를 비교하여 n이 m 보다 크지 않으므로 피시험체는 45°회전한다. 이 흐름도에서의 회전각은 모두 GTEM 셀의 Y축에 대한 반시계방향을 기준한다. 그리고 n을 1만큼 증가(n=7)시키고 전력(Pf(7))을 측정한다. 다시 n=7과 m=7를 비교하여 여전히 n이 m보다 크지 않으므로 다시 그 상태의 배치에서 45°회전하고 n을 증가시키고 전력 Pf(8)을 측정한다. n=8이 되어 m과 비교하면 n이 더 크므로 n과 m의 비교에서 오른쪽의 Yes로 분기되어 (n≠5 n≠10 n≠15)이므로 피시험체는 90°회전하게 된다. 그리고 종전과 같이 n은 증가되어 9가 되고 전력 Pf(9)을 측정한다. 다시 n=8일때와 같은 루프(loop)를 돌아 n=10이 되고 Pf(10)을 측정하게 된다.
제 5 도의 측정절차도에서 회전각 Φ는 누적되는 것으로 표현되어 있는데 측정번호 n=6~10의 다섯 배치는 달리 표현하면 최초의 XY` 배치에서 각각 반시계 방향으로 0°, 45°, 90°, 180°, 270°이 됨을 알 수 있다. 이제 n과 m의 비교에서 nm이고 (n≠5 n=10)이므로 피시험체의 배치를 XZ`로 새로이 배치시켜야 한다. 이 배치는 제 9 도에서 나타내고 있는데 XZ` 배치는 피시험체를 기울여(X`,Y`,Z`)를 GTEM 셀 기준 좌표계(Y,Z,X)에 일치시키는 것이다. 그리고 제 5 도의 흐름도에서와 같이 n=n+2=12가 된 다음, n을 1만큼 증가시키고(n=11), Pf(11)을 측정한다. n=11과 m=12를 비교하여 n이 m보다 크지 않으므로 피시험체는 45° 회전한다. 이 흐름도에서의 회전각은 모두 GTEM 셀의 Y축에 대한 반시계방향을 기준한다. 그리고 n을 다시 1만큼 증가(n=12) 시키고 전력(Pf(12))을 측정한다. n=12와 m=12를 비교하여 여전히 n이 m보다 크지 않으므로 다시 그 상태의 배치에서 45° 회전하고 n을 증가시키고 전력 Pf(13)을 측정한다. n=13이므로 m과 비교하면 n이 더 크므로 n과 m의 비교에서 오른쪽의 Yes로 분기되어 (n≠5 n≠10 n≠15)이므로 피시험체는 90°회전하게 된다. 그리고 종전과 같이 n은 증가되어 14가 되고 전력 Pf(14)을 측정한다. 다시 n=13일 때와 같은 루프를 돌아 n=15가 되고 Pf(15)을 측정하게 된다.
상기 제 5 도의 측정절차도에서 회전각 Φ는 누적되는 것으로 표현되어 있으나 측정번호 n=11~15의 다섯 배치는 달리 표현하면 최초의 XZ` 배치에서 각각 반시계 방향으로 0°, 45°, 90°, 180°, 270°이 됨을 알 수 있다. 이제 n과 m의 비교에서 nm이고 (n≠5 n≠10 n=5)이므로 GTEM 셀 출력단의 전력측정을 끝내고 컴퓨터 시스템에서 「OATS(야외시험장)에서의 복사 에미션 산출」을 위한 계산수행을 시작한다.
상기와 같은 과정을 종료한 후 스텝 S200의 OATS(야외시험장)에서의 복사 에미션 산출 절차는 제 6 도에 나타나 있는 바와 같이 먼저 측정 시작 주파수 및 원하는 OATS에서의 측정거리를 입력시킨다. OATS 복사 에미션 측정에서 접지면을 x-y 평면으로 두고 접지면에 수직인 축을 z축으로 본다. 실제 규격에 따른 복사 에미션 측정에서는 상기 제 1 도에서 보는 바와 같이 피시험체로부터 안테나를 원하는 측정거리(3, 10 또는 30m)에 두고 높이를 1~4m사이에서 적절한 간격으로 스위프(sweep)한다. 1~4m 사이 각 안테나의 높이마다 접지면 상의 일정높이(0.8m)의 회전탁자위의 피시험체를 360°회전시키면서 수신기로 복사 전계를 수신하되 그 주파수에서의 최고 값을 기록하도록 한다. 이들 수평 및 수직편파에 대해 모두 수행한다. 이러한 야외시험장의 상황을 GTEM 셀 출력단위 15가지 전력을 가지고 모의하기 위해 좌표계 중심을 회전탁자의 바닥 중심에 둔다. 그러면 피시험체의 중심은 (z,y,z)=(0,0,0.8)이 되고 수신 안테나(수신안테나는 결국 계산상의 관측점에 해당한다.)는 편의에 따라 3m 거리에서 측정을 원한다면 원통 좌표계로 표현하여 (ρ, Φ, z)=(3, 0, 1)~(3, 360, 4)의 범위에서 최고의 수평 및 수직 수신전계를 계산한다.
상기 제 6 도의 OATS(야외시험장)에서의 복사 에미션 산출 과정은 이러한 과정의 흐름도를 나타낸 것으로 위에서 언급한 안테나의 초기 좌표값(ρ,Φ,z)=(3,0,1)을 입력하고 그 위치에서 피시험체로부터 복사되는 수직전계(EV(f))와 수평전계(EH(f))를 계산하고 0으로 입력되어 있을 EVmax및 EHmax와 각각 비교한다. 비교에서 계산된 수직전계값이 더 크면 그 값을 EVmax에 저장하고, 마찬가지의 과정을 수평전계에 대해서도 수행한다. 그리고, z=4m가 될 때까지 dz씩 z값을 증가시키면서 전계값을 계산하고 Evmax및 EVmax와 비교하여 더 큰 값을 저장시켜 나간다. Z 루프가 끝나면 Φ 루프로 들어가 dΦ만큼 Φ를 증가시키고 다시 z=1m로 리셋하고 종전과 같은 z 루프를 수행한다. 이러한 수행을 Φ=360°때 까지 수행하고 난 후 EVmax및 EHmax은 그 주파수에서 피시험체로부터 3m 떨어진 곳에서 높이 1~4m 사이의 공간에서의 최고 복사 전계가 될 것이다. 이를 출력시키고 그 다음 주파수로 넘어간다. 주파수는 복사 에미션 측정 규격에 따라 1GHz까지 수행하면 끝내도록 한다. 수직전계(EV(f))와 수평전계(EH(f)) 계산 수식은 각각 본 발명에서 제안하는 식 (1)과 (2)를 따르게 되는 데 식(1),(2)에서 보는 바와같이 상기 GTEM 셀 출력단 수신전력 15 가지가 야외시험장에서 피시험체로부터 임의의 측정거리가 떨어진 곳의 임의의 높이에서의 수신전계를 나타내는 수식에서 상관관계를 갖도록 표현되어 있다.
다음의 식에서 GTEM 전력, Pf1)~Pf15)로 구성된 Pv1, Pv2,...,Pv5및 Ph1, Ph2, ..., Ph10을 가지고 수직과 수평 복사전계로 표현된다. 여기서 공간 좌표값 x, y, z1, z2그리고 R1, R2는 ρ,Φ 그리고 z1,z2의 직각 좌표계 성분으로 복사 에미션 계산을 위한 OATS에서의 이미지 효과를 적용한 OATS의 공간 좌표값은 첨부한 도면중 제 10 도에 도시되어 있는 바와같다. 상기 제 6 도의 측정절차에 따라 얻은 15개의 GTEM 전력 데이터는 다음의 OATS와 GTEM 측정전력간의 상관관계 수식에 의해 OATS에 준하는 또는 등가인 복사 에미션 결과치를 얻을 수 있게 된다.
1회의 측정에 대해 소모되는 시간은 GTEM 셀의 문(access door)을 열고 피시험체를 Y축에 대해 정해진 각도로 회전하고 다시 GTEM 셀의 문(access door)를 닫고 전력 수신기로 주파수 대역에 대해 최고로 수신되는 전력값을 받아 데이터화 하는 시간인데 전력수신 및 데이터 전송은 수십초 이내에 진행이 가능하므로 종전 방법에 비해 비록 3회의 측정이지만 전체 측정시간에는 단지 수분만이 소요되어 측정과정 자체에 있어서는 종전에 비해 크게 개선되거나 악화된 점은 없다. 그러나, 외관상으로 나타나지는 않지만 식(1)과 식(2)에서 GTEM 셀 출력단 전력이 피시험체 각 전류성분(다이폴 모멘트 성분)의 위상을 포함하여 계산된 것이므로 실제 OATS와 높은 상관관계를 갖게 된다.
상기 제 6 도의 복사 에미션 산출을 위한 흐름도는 GTEM 셀을 이용하여 피시험체의 복사 에미션을 얻기 위해 측정하는 절차와 얻고자 하는 OATS에서의 복사 에미션을 나타내는 수식과 GTEM 전력과의 상관관계를 짓고 그에 따라 복사 에미션을 계산하는 과정이다. 위의 상관관계 수식에 대한 실험적 입증을 위해 일반 노트북 컴퓨터에 대해 복사 에미션을 GTEM 셀을 이용해 15개의 전력 측정치를 가지고 OATS에서의 노트북 컴퓨터의 복사전계를 모의해 보고 OATS에서의 측정치와 비교해 보았다.
첨부한 도면중 제 11 도는 GTEM 셀을 가지고 제 6 도의 알고리즘에 의해 얻은 노트북 컴퓨터의 복사전계의 수직성분과 수평성분을 각각 나타내고 있다. 여기에서 최고 복사레벨 아래 약 10 dB 이내의 복사 전계값들을 뽑아 비교한 결과가 첨부한 도면중 제 12 도에 도시되어 있는 바와 같다. 또한, 첨부한 도면중 제 13 도에서는 이들 두 값을 통계적으로 분석하기 위해 평균, 표준편차 그리고 상관계수 등을 통해 분석하고 있는데, 결과적으로 본 알고리즘에 의한 GTEM 결과는 OATS와 매우 높은 상관관계를 가짐을 알 수 있다.

Claims (3)

  1. 전자제품내의 클럭발진 등의 이유로 발생되는 전자파의 복사 에미션 측정을 위한 시설인 GTEM 셀고 OATS 와의 상관관계를 얻기 위한 복사 에미션 측정방법에 있어서, GTEM 셀의 좌표를 (X, Y, Z)로 설정하고 피시험체의 좌표를 (X', Y', Z')로 설정할 경우, 상기 GTEM 셀의 좌표(X, Y, Z)와 피시험체의 좌표(X', Y', Z')를 일치시킨 피시험체의 좌표를 (XX', YY', ZZ')으로 초기화하고 제 1 및 제 2 측정변수를 초기화하는 제 1 단계와 ; 제 1 측정변수를 1만큼 증가시키고, 제 1 측정변수에 따른 에미션 전력을 측정한 수, 상기 제 1 단계에서 초기화된 제 1 측정변수와 제 2 측정변수를 비교하는 제 2 단계와 ; 상기 제 2 단계의 비교결과에 따라 Y축에 대해 반시계방향으로 피시험체를 45°및 90°만큼 회전시킨 후 상기 제 2 단계로 재진행하는 제 3 단계와 ; 상기 제 2 단계와 제 3 단계를 소정 임계치의 범위내에서 반복수행하며 상기 피시험체의 공간좌표를 수정하는 제 4 단계와 ; 복사전계강도를 측정하기 위해 사용되는 주파수를 초기화하고, 피시험체의 바닥중심으로부터 거리, 최대수직전계, 최대수평전계, 피시험체의 회전각 및 피시험체의 높이를 측정하는 제 5 단계와 ; X, Y 좌표를 갖는 직각 좌표를 상기 제 5 단계에서 초기화된 피시험체의 회전각 및 높이를 갖는 원통 좌표로 변경하고, 변경된 원통좌표와 상기 제 2 단계에서 측정된 GTEM 전송전력을 참조하여 각 검사주파수 범위에서 최대 수직/수평전계를 계산하는 제 6 단계와 ; 상기 제 6 단계에서 계산된 최대수직전계와 수직전계를 비교하고, 상기 제 6 단계에서 계산된 최대수평전계와 수평전계를 비교하는 제 7 단계와 ; 수직전계 및 수평전계가 최대수직전계 및 최대수평전계보다 클 경우, 그 수직전계를 최대수직전계로서 저장하고 그 수평전계를 최대수평전계로서 저장한 후, 피시험체의 높이가 소정값일 때 상기 제 6 단계와 제 7 단계를 반복하는 제 8 단계와, 상기 제 8 단계에서 피시험체의 높이가 소정값일 경우, 피시험체의 회전각을 소정값으로 할 때 상기 제 5 단계의 피시험체의 단계높이를 소정값으로 초기화하는 처리를 반복하는 제 9 단계와 ; 그리고 그 회전각을 소정값으로 설정할 경우, 상기 제 8 단계에서 저장한 최대 수직전계 및 수평전계를 출력하고, 상기 주파수가 소정값으로 설정될 때 상기 제 5 단계에서 초기화된 주파수를 출력하는 제 10 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 GTEM 셀의 OATS와의 상관 관계를 얻기 위한 복사 에미션 측정방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제 3 단계는, 상기 제 2 단계의 비교결과, 제 1 측정변수가 제 2 측정 변수 보다 클 경우 Y 축에 대해 반시계방향으로 45°만큼 피시험체를 회전시키고, 상기 제 2 단계로 복귀하는 제 3-1 부단계와 ; 상기 제 2 단계의 비교결과, 제 1 측정변수가 제 2 측정변수보다 클 경우, 제 1 측정변수를 제 1 내지 제 3 소정값 각각에 대해 비교하는 제 3-2 부단계와 ; 그리고 상기 제 3-2 부단계의 비교결과 제 1 측정변수가 제 1 내지 제 3 소정값과 같을 경우, Y축에 대해 반시계방향으로 90°만큼 피시험체를 회전시키는 제 3-3 부단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 GTEM 셀의 OATS와의 상관관계를 얻기 위한 복사 에미션 측정방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제 4 단계는, 제 2 측정변수를 제 1 측정변수(n) 보다 2 만큼 큰 값으로 설정하는 상기 제 3-2 부단계의 비교결과로서 제 1 측정변수가 제 1 소정값과 같을 경우, 상기 제 1 단계에서 초기화된 (XX', YY', ZZ')형태의 피시험체 좌표를 (XY', YZ' ZZ')형태의 피시험체 좌표로 변경한 후, 상기 제 2 단계와 제 3 단계의 처리를 반복하는 제 4-1 부단계와 ; 제 2 측정변수를 제 1 측정변수(n)보다 2만큼 큰 값으로 설정하는 상기 제 3-2 부단계의 비교결과로서 제 1 측정변수가 제 2 소정값과 같을 경우, 상기 제 4-1 부단계에서 변경된 (XY', YZ' ZX')형태의 피시험체 좌표를 (XZ', YX' ZY')형태의 피시험체 좌표로 변경한 후, 상기 제 2 단계와 제 3 단계의 처리를 반복하는 제 4-2 부단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 GTEM 셀의 OATS와의 상관관계를 얻기 위한 복사 에미션 측정방법.
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