KR19990054867A - 지.티.이.엠 셀 출력단 전력을 이용한 복사전계 측정 방법 - Google Patents

지.티.이.엠 셀 출력단 전력을 이용한 복사전계 측정 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명 기가헤르츠(Giga-hertz) TEM 셀과 야외시험장(OATS) 또는 반-무반사실(SAC)과 같은 접지면을 갖는 시설간의 복사시험 향상된 상관관계를 위한 새로운 계산방식을 제안한다. 미지의 복사체는 등가의 전기 및 자기 다이폴로 간주된다. 접지면 상의 이들 다이폴로 부터 복사되는 원역장은 그 복사체가 내부에 존재하는 GTEM 셀 출력단 측정전력을 가지고 평가되고 상관지어진다. 이 알고리즘은 다이폴 모먼트 간의 상대적 위상을 고려하며, 피시험체(EUT)의 15가지 방위가 요구된다.

Description

지.티.이.엠 셀 출력단 전력을 이용한 복사전계 측정 방법
본 발명은 전자 장해(EMI: electromagnetic interference; 이하, EMI 이라 함) 시험 중 복사 방출(radiated emission) 측정을 위한 시험시설인 야외시험장(OATS: open area test site; 이하, OATS 이라 함)의 대체 시설 중 하나인 지.티.이.엠(Giga-hertz transverse electromagnetic; 이하, GTEM 이라 함) 셀에서 보다 정확한 전자파 복사 방출을 시험하기 위해 GTEM 셀과 OATS와의 상관관계를 얻기 위한 GTEM 셀 출력단 전력을 이용한 복사전계 측정 방법에 관한 것이다.
1. 기존의 상관 알고리즘
GTEM 셀을 사용한 기존의 상관관계 알고리즘에 대한 자세한 것은 논문 "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 Nat. Symp. on Electromagn. Compat., Denver, Co, May 1989, pp. 171-177 및 "Method and apperatus for improved correlation of electromagnetic emission test data," '93. 8. 11. 출원, 출원번호 PCT/US93/07556, 특허번호 WO 94/04933을 참조하기 바란다. 후자는 전자인 3-입력(3-input) 상관 알고리즘의 정확도를 높이기 위해 3-입력 상관 알고리즘의 전단계에서 GTEM 셀 내 피시험체가 복사하는 전압의 최고치를 탐색하는 부분을 결합시킨 개선된 알고리즘이다. 간단히 소개하면 다음과 같다.
먼저, 윌슨(Wilson)의 알고리즘은 피시험체를 다이폴로 모델링함에 있어 다이폴 각 성분의 위상이 동일하다고 가정한다. 알고리즘은 12-측정, 12-입력(12-input) 상관 알고리즘과 3-측정, 3-입력(3-input) 상관 알고리즘 등 두가지로 나뉠 수 있는 데, 전자는 복사량 예측에 있어 피시험체를 나타내는 다이폴 각 성분, 전기다이폴 성분 그리고 자기다이폴 각 성분의 크기인 Px, Py, Pz그리고 Mx, My, Mz를 각기 알아야 전자파 복사를 계산할 수 있다. 계산 수식이 후자의 경우에 비해 복잡하여 다이폴 성분을 다양하게 반영할 수 있는 듯하나 실상 앞서 말한 다이폴 성분이 동위상이라는 가정으로 인해 계산값이 큰 오차를 가질 수 있다. 후자는 시험체로 부터의 총복사전력만으로 복사전계를 계산한다. 총복사전력은 GTEM 셀 내 피시험체로 부터의 세가지의 전달 전력만을 필요로 한다. 6 성분의 다이폴 모먼트 크기값만으로 구성된 총복사전력은 다음[수학식 1]과 같다.
위에서 말한 세가지 전달전력은 [수학식 2]와 같다.
또한, 이들을 X, Y 그리고 Z 전력이라 한다. 미소전기 다이폴이 자유공간 상에 존재할 때 원역장에서의 전계는 이고 이 다이폴에 대한 총복사전력은 이다. 따라서 이다.
여기서, 임의의 크기와 방향을 갖는 전기 및 자기 다이폴의 총복사전력을 z 방향만을 갖고 있는 미소 전기다이폴로 부터의 총복사전력과 동일하게 둔다. 즉 GTEM 셀로 부터 예측하는 총복사전력을 단일한 쇼트 다이폴(short dipole)로 부터의 복사전력이라 가정하면 두면 한 개의 다이폴 모먼트가 지배적이라면 이것은 피시험체 복사의 훌륭한 모델을 나타낼 것이다. 그러나 두 모먼트가 모두 지배적이면 이 모델은 가장 좋지 않은 경우가 될 것이다. 이제 이 다이폴을 접지면 상에 위치시키고 수평전계를 측정한다면 다이폴이 수평으로 위치할 때 최대의 결합이 일어날 것이고 수직전계의 경우에는 다이폴이 수직으로 위치할 때 최대값을 수신할 것이다. 두 경우에 대한 전계가 다음[수학식 3a] 및 [수학식 3b]와 같다.
3-입력(3-input) 상관 알고리즘은 매우 간단히 복사 전계를 얻을 수 있어 현재 상용되는 대부분의 GTEM 셀 상관 알고리즘에 사용되고 있다. 그러나 정확도에 있어 다소의 오차가 있다고 본다.
오스본(Osburn)의 알고리즘은 두 가지 구현으로 요약되는 데 그 첫번째는 피시험체를 실재의 다이폴로 대체하고 각 주파수에서 피시험체와 동일한 E 필드(E field)가 측정되도록 그 다이폴에 인가되는 전력을 산출값으로하는 EMC 규격에 적용하기 위해 제시된 것이다.
가정: 피시험체의 전기적인 모델인 다이폴은 모든 성분이 동위상이라 가정한다.
12회의 전압 측정: 두 가지의 분극하에 피시험체를 감싸는 정육면체의 6면 모두에 대한 측정.
상기 12회의 측정으로 부터 각 주파수에서 최대의 복사량을 내는 피시험체의 위치(face & polarization)를 알아낸 다음 그 때의 피시험체의 면과 분극(face & polarization)을 기준 자세(reference position)로 선택하고 그 최고 전압을 X 전압이라 한다.
3-입력(3-input) 상관 알고리즘의 입력값을 얻기 위해 X 전압에 대한 Y와 Z 전압을 얻는다.
E 필드 데이타를 계산하기 위해 이 세 전압을 윌슨(Wilson)의 3-입력 상관 알고리즘에 사용한다.
E 필드 결과를 계산한 후, 동일한 E 필드의 복사가 일어나도록 다이폴에 제공되어야 하는 전력을 계산한다. 이 전력이 규격 제한치와 비교되는 산출치이다. 즉, 첫번째 구현은 12-측정, 3-입력 상관 알고리즘이 된다.
두번째 구현은 E 필드 데이타가 규격 제한치와 직접 비교되는 규격을 위해 의도된 것이다. 이것은 모든 주파수에 대해 피시험체가 다이폴보다 크지 않은 이득을 갖는 다이폴로 모델링될 수 있다는 가정을 하지 않고 이 가정이 정확하지 않은 주파수들에 대해서는 피시험체의 이득을 계산하여 이것을 3-입력 상관 알고리즘 내의 복사원의 이득 대신 사용한다.
12회의 전압 측정: 첫번째 구현과 동일.
기준자세(reference position): 첫번째 구현과 동일.
윌슨의 3-입력 상관 알고리즘을 위해 Y와 Z 전압을 얻는다.
각각의 관심 주파수에서 다이폴 이득 가정의 적합성 여부를 알아본다. 적합하면 첫번째 구현에서 처럼 상관 알고리즘에 다이폴 이득에 관한 가정이 사용된다.
가정이 적합하지 않은 주파수의 경우에는 동일한 분극에 있어 기준 면(reference face)으로 부터 약 ±45°지점 그리고 또 다른 분극에 있어 기준 면으로 부터 약 ±45°지점에서 부가적인 측정을 한다. 이 측정들은 수직과 수평 빔(beam) 폭의 평가치를 얻는 데 사용된다. 이러한 이득 평가는 상관 알고리즘에서 다이폴의 이득치를 대신하며, 다이폴 가정이 성립되지 않는 경우에 E 필드 데이타를 산출하는 데 사용한다. 두번째 구현은 16-측정, 3-입력 상관 알고리즘이 된다.
2. GTEM 셀과 OATS의 상관 알고리즘에 대한 기존의 구현에 대한 문제점
3-입력 상관 알고리즘 및 그 전단계에서 최대의 전달전압을 발견하는 루틴(routine)을 첨가한 존 D.M. 오스본(John D.M. Osburn)의 알고리즘은 기본적으로 다이폴의 위상을 동위상으로 가정하기 때문에 그에 해당하는 오차를 가질 수 있다. 따라서, 위의 X, Y 그리고 Z 전력에서 다이폴의 위상을 모두 고려한다면 [수학식 4]와 같이 된다.
따라서, 총전력은 [수학식 1]과 비교하여 [수학식 5]만큼의 오차를 갖게 된다.
또한, 총복사전력이 정확하다 하더라도 이는 임의의 방향을 갖는 전기와 자기 다이폴로 부터의 복사인데 3-입력 상관 알고리즘에서는 이 전력을 마치 단일 쇼트(short) 전기 다이폴로 부터의 복사량으로 가정함으로써 실재 피시험체가 나타내는 전기적 특성이 수직의 그리고 수평의 전기 다이폴이 아닌 대부분의 경우에는 오차를 가질 수 있다.
따라서, 본 발명은 피시험체 방위에 대한 15가지의 GTEM 셀 출력단 전력을 이용하여 복사체로부터의 전계를 계산함으로써, 알고리즘에 요구되는 입력(input) 값이 다양함으로 인해 피시험체를 나타내는 다이폴의 각 위상을 고려하여 복사량을 안정되게 평가할 뿐 아니라 다이폴 모먼트의 위상 변화에 적응력이 매우 높은 GTEM 셀 출력단 전력을 이용한 복사체로부터의 전계 계산 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 전기전자기기(피시험체)로 부터 발생하는 수직전계 및 수평전계를 측정하는 시설인 야외시험장(OATS)을 대신하여 GTEM 셀을 이용하여 피시험체로 부터의 복사전계 측정 방법에 있어서, 상기 GTEM 셀 내에 있는 피시험체의 고안된 15가지 배열에 대한 15개의 GTEM 셀 출력단 전력을 측정하는 제 1 단계와, 상기 측정된 15개의 GTEM 셀 출력단 전력을 이용하여 야외시험장 상의 피시험체로 부터 복사되는 수직 및 수평전계를 각 주파수에 대해 전자 장애(EMI)를 측정하는 공간점 범위에서 계산하여 그 중 최대값을 취하고, 15개의 GTEM 셀 출력단 전력과 야외시험장 상의 피시험체로 부터 복사되는 수직 및 수평전계 수식 간의 상관관계를 계산하는 제 2 단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.
도 1은 접지면 반사에 대한 실제 소스(source)와 영상 소스(source)를 나타낸 도면.
도 2는 GTEM 셀(cell) 내의 피시험체 배치를 나타낸 도면.
도 3은 GTEM 셀 내의 피시험체 기본배치(XX', YY', ZZ') 도면.
도 4는 GTEM 셀 내의 피시험체 기본배치(XY', YZ', ZX') 도면.
도 5는 GTEM 셀 내의 피시험체 기본배치(XZ', YX', ZY') 도면.
도 6(a) 및 6(b)는 수직 및 수평 복사전계의 계산방법에 대한 흐름도.
도 7 내지 도 9는 본 발명의 효과를 알아보기 위한 이론적 모의 결과도로서,
도 7은 동일 크기 다른 위상으로 모델링한 임의의 피시험체에 대한 이론적 비교 도면.
도 8(a) 및 8(c)는 다른 크기 동일 위상으로 모델링한 임의의 피시험체에 대한 이론적 비교 도면.
도 9(a) 내지 9(f)는 다른 크기 다른 위상으로 모델링한 임의의 피시험체에 대한 이론적 비교 도면.
본 발명은 도 1에 도시된 바와 같은 상황을 실재의 OATS(야외시험장)이나 SAC(반무반사실)과 같은 시험실을 이용하지 않고, GTEM 셀을 이용하여 구현하기 위해 크게 도 2와 도 6으로 구성된다.
먼저 도 1에서의 복사 전계를 얻기 위해서는 도 2와 같은 GTEM 셀 내 피시험체의 15가지 방위에 대한 GTEM 셀 출력단에서 측정된 15가지의 전력이 요구된다. 그리고, 도 6에서와 같이 이 15가지 전력을 사용하여 피시험체로부터 복사되는 수직 및 수평전계를 계산한다.
도 6과 같이 계산함으로써 본 발명의 알고리즘은 피시험체를 나타내는 다이폴의 각 위상을 고려하여 복사량을 안정되게 평가할 뿐 아니라 다이폴 모먼트의 위상 변화에 적응력이 매우 높다.
국제 또는 각국의 EMI 규격에서는 EMI 시험을 위해서 원칙적으로 도 1에 보이는 야외시험장(OATS-open area test site)을 사용할 것을 권고해 왔으나 낮은 잡음을 갖는 부지선정, 큰 설치비용, 날씨 변화에 따른 시험계획의 변경 등 사용에 문제점이 있다. 이러한 야외시험장을 실내에 구현한 것이 전자파 무반사실(SAC-semi-anechoic chamber)이다. 이것은 대부분의 환경 잡음을 감쇠시키고 야외 시험장과 같이 장소의 구애를 받지 않으므로 도시나 혹은 제품 생산지 가까운 위치에 설치 운용이 가능하나 큰 설치 공간과 많은 유지 비용을 필요로 하며, 저주파대에서는 반사에 의한 공진을 완전히 제거할 수 없어 성능이 떨어진다. 또한 이 두 시설, 야외시험장과 전자파 무반사실은 안테나로써 피시험체(EMI를 시험하고자하는 대상체)를 회전탁자 위에 두고 원탁을 회전시켜야 하고, 안테나 높낮이를 변화시켜야 하며, 또한 복사되는 전계를 수직성분과 수평성분으로 나누어 측정해야 하므로 안테나의 수직, 수평으로의 배치 변경 그리고 주파수에 따라 안테나를 바꾸어야 하는 번거로움으로 인해 측정에 소요되는 시간이 매우 긴 단점(수시간)을 갖고 있다. 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 전자파 복사시험를 모의 또는 예측하는 간접적인 측정이다. 이는 안테나의 높낮이 변화, 피시험체의 0°에서 360°연속회전 및 안테나 교체 등의 과정이 필요없어 측정시간을 1시간 정도로 단축할 수 있다.
GTEM 셀을 이용하여 어떤 기기(피시험체)의 전자파 복사량을 알아내기 위해서는 GTEM 셀 내에 동작하는 피시험체를 넣고 셀을 따라 전달되는 복사전력을 GTEM 셀 출력단에서 측정하여 그 전력으로 부터 접지면 상에 있는 피시험체의 전자파 복사를 예측 또는 모의하는 것이라 할 수 있다. 그러기 위해서는 접지면상(이것은 야외시험장(OATS)일 수도 무반사실(semi-anechoic chamber)일 수도 있다)의 상황과 GTEM 셀의 상황간에 어떤 상관성을 알아야 만 한다. 시험자는 결국 구현된 이 상관 알고리즘을 컴퓨터시스템에 프로그램시키고 GTEM 셀의 출력단에서 측정전력 데이타를 컴퓨터에 입력시켜 전자파 복사시험을 모의하는 것이다. 현재까지 상관 알고리즘의 공통점은 GTEM 셀 내에서 동작하는 피시험체를 전기 및 자기 다이폴로 모델링한다는 것이다. 즉, 피시험체로 부터의 전자파 복사는 곧 한 쌍의 전자기 다이폴로 부터의 복사로 간주하는 것이다.
GTEM 셀은 동축커낵터(정점)에서 부터 내부도체를 가지고 피라미드 형태로 벌어지면서 전자파 흡수체가 부착되어 있는 벽으로 닫혀지는 형태이다. 이 장치는 TEM 셀과 무반사실(anechoic chamber)의 혼합형에 기본한 광대역 전자파 시험 시설로서 스위스의 D. 한센(Diethard Hansen)에 의해 고안되었다. 이 장치는 일종의 도파관이지만 야외시험장이나 반무반사실은 접지면 상의 개방된 공간이다. 따라서 이 두 시설 간의 전자기적 특성이 다르므로 GTEM 셀을 사용한 복사시험을 위해서는 GTEM 셀과 접지면 간의 상관관계가 요구된다. 피시험체는 등가의 전기 및 자기 다이폴로 모델링된다. 다이폴 모먼트는 GTEM 셀 출력단 측정전력을 가지고 구한다. 그 다음 피시험체의 복사 결과값은 접지면 상의 다이폴로 부터의 복사를 모의함으로써 얻어진다.
GTEM 셀과 접지면의 상관관계에 관한 이전의 알고리즘은 전자기 다이폴의 모든 성분이 동위상임을 가정하고 있지만 실제 측정과정에서 많은 주파수들에서 동위상이 아님을 경험하였다.
따라서, 본 발명은 피시험체의 다이폴 모델이 임의의 크기 및 위상을 갖는 모먼트를 가지고 여기되는 경우에 적용 가능한 새로운 알고리즘을 제안한다. 제안되는 알고리즘은 15가지의 피시험체 방위가 요구되고 다이폴 모먼트 성분들 간의 위상차를 고려한다. GTEM 셀을 이용한 복사시험 결과(GTEM data)는 한 셋트의 다이폴로부터의 수직 및 수평전계를 모의한 값이며, 그것은 GTEM 셀 내부에 있는 피시험체로 부터 전달되는 15가지의 GTEM 셀 출력단 전력과 관계된다.
도파관(여기서는 GTEM 셀) 내의 전기적으로 미소한 전류원으로부터의 복사이론을 이용하면 단위전력이 GTEM 셀의 출력단으로 전달될 때 피시험체 위치 o 에서 셀 내부 기본모드의 전계 y 성분을 e0y(o)이라 하면, e0y(o)2/4로 정규화된 GTEM 셀 출력단 전력은 [수학식 6]과 같다.
여기서, Py와 Ψpy는 전기 다이폴 모먼트 P의 y 성분의 크기와 위상이고 Mx와 Ψmx는 자기 다이폴 모먼트 M의 x 성분의 크기 및 위상이다. 그리고 k0는 자유공간 전파상수이다.
원역장에서 전자기 다이폴로 표현되는 피시험체로 부터 근사된 복사 전계는 다음 [수학식 7]과 같다.
(1) 접지면 상의 전계
우리가 복사전계값을 알고자하는 관심 영역은 도 1에 보듯이 접지면 위이다. 도 1의 R1과 R2는 각각 실제 소스(source)와 영상 소스(source)로 부터의 거리이다. 전계의 수직 및 수평성분의 절대값은 다음의 [수학식 8] 및 [수학식 9]와 같이 쓸 수 있다.
상기 [수학식 8] 및 [수학식 9]는 다이폴 모먼트를 포함하는 수식으로 전개되지만 불행히도 그 전개 항들 가운데 몇개의 항은 GTEM 셀 출력단 전력으로 부터 구할 수가 없다. 그러나, 측정거리 ρ가 수신 안테나의 높이에 비해 훨씬 크다고 가정할 때에는 무시할 수 있다. 그러한 가정하에 접지면 상의 복사 방출(emission)은 다음 [수학식 10] 및 [수학식 11]을 사용하여 계산함으로써 얻을 수 있다.
상기 [수학식 10] 및 [수학식 11]에서 η0와 k0는 각각 자유공간 파임피던스와 전파상수이다.
z1=z-h, z2=z+h 이고 Cmab=cos(Ψma- Ψmb), Ssb=sin(Ψpa- Ψmb) 이다. 여기서 첨자 a와 b는 x, y 또는 z가 된다.
(2) 피시험체 방위
좌표계(x, y, z)와 프라임이 있는 좌표계(x', y', z')는 각각 GTEM 셀과 피시험체의 좌표계를 나타낸다. 본 상관 알고리즘에 요구되는 GTEM 셀 내 피시험체의 15가지 위치는 도 2에 보이며, GTEM 셀 수직축에 대해 피시험체를 회전시킴으로써 정해진다. 피시험체의 이 15가지 위치에 대한 GTEM 셀 출력단 전력은 [수학식 10]과 [수학식 11]의 다이폴 모먼트를 얻을 수 있도록 한다.
[수학식 10]의 수직전계를 얻기 위해서는 기본 배치(xx', yy', zz')를 가지고 5가지의 측정이 요구된다. 도 3, 도 4 및 도 5는 수직전계와 수평전계를 얻기위한 GTEM 셀내의 피시험체(예로 컴퓨터)의 세가지 기본배치를 나타낸 것이다. 기본배치(xx',yy',zz')는 피시험체 좌표축(x', y', z')이 GTEM 셀 좌표축(x, y, z)에 각각 일치됨을 의미하며, 이 배치는 도 2의 제 1 배치(the arrangement 1)에 해당한다. 이 기본 배치에 피시험체를 위치시킨 다음 수직 축에 대한 피시험체의 5가지 반시계방향 회전이 수행된다. 5가지 회전의 각도는 0°(i=1), 45°(i=2), 90°(i=3), 180°(i=4), 그리고 270°(i=5)이다. 이 5가지 회전에 대한 GTEM 셀과 피시험체의 방위 관계를 나타낸 것이 도 2의 제 1∼제 5 배치(the arrangement 1∼the arrangement 5)이다. 회전 각도 φi에 대한 정규화된 GTEM 셀 출력단 전력 Pi(f)는 [수학식 12]와 같다.
여기서, Cφi= cosφi이고 Sφi=sinφi이다.
[수학식 11]의 수평전계는 도 4 및 도 5의 2가지의 기본배치(xy', yz', zx')와 배치(xz', yx', zy')가 필요하다. 측정시 회전각도는 수직전계의 경우와 동일하다. 기본배치(xy', yz', zx')와 배치(xz', yx', zy')에 대한 5가지 회전 상태의 좌표 배치는 각각 도 2의 제 6∼제 10 배치(the arrangement 6∼the arrangement 10)와 제 11∼제 15 배치(the arrangement 11∼the arrangement 15)이다. 2가지 기본배치의 회전각도 φi에 대한 정규화된 전력은 다음[수학식 13a] 및 [수학식 13b]와 같다.
(3) GTEM 셀 출력단 전력과 접지면 상 복사전계간의 상관관계
수직 복사 전계를 구하는 [수학식 10]의 다이폴 모먼트는 5가지의 GTEM 셀 출력단 전력을 가지고 다음의 [수학식 14a]∼[수학식 14e]와 같이 쓸 수 있다.
기대할 수 있듯이, [수학식 11]의 수평전계의 다이폴 모먼트는 10 개의 GTEM 셀 출력단 전력 P6(f)∼P10(f)그리고 P11(f)∼P15(f)의 항으로 표현할 수 있으며, 다음 [수학식 15a]∼[수학식 15j]와 같다.
[수학식 10]과 [수학식 11]의 다이폴 모먼트 항은 [수학식 14a]∼[수학식 14e]와 [수학식 15a]∼[수학식 15j]로 대체할 수 있다. 즉, [수학식 14a]∼[수학식 14e]와 [수학식 15a]∼[수학식 15j]는 GTEM 셀 출력단 전력과 접지면 상의 피시험체로 부터 복사되는 전계를 상관지어 주는 식이다. 즉, [수학식 14a]∼[수학식 14e]와 [수학식 15a]∼[수학식 15j]를 [수학식 10]과 [수학식 11]에 각각 대입하면 모의된 복사 전계를 구할 수가 있는 것이다. 이 계산과정을 도 6(a) 및 도 6(b)에 상세히 보이고 있다.
도 6(a) 및 도 6(b)에서 P1(f)∼P15(f)에서 첨자인 1∼15는 도 2의 배치번호 제 1∼제 15 배치가 되며, n=5일 때는 기본 배치가 (XX',YY',ZZ'), n=10일 때는 (XY',YZ',ZX'), 그리고 n=15일 때는 (XZ',YX',ZY')이다. 따라서, n=5일 때는 도 6(a)의 단계 S303-1∼S303-5가 [수학식 14a]∼[수학식 14e]에 해당하며, n=10, 15일때는 도 6(a)의 단계 S303-1∼S303-5가 각각 [수학식 15a]∼[수학식 15e] 그리고 [수학식 15f]∼[수학식 15j]와 일치한다.
EMI의 복사 방출 시험((radiated emission test)을 위해 도 6(a) 및 도 6(b)와 같이 계산된 전계가 복사량을 안정되게 평가하고 다이폴 모먼트의 위상 변화에 적응력이 높은 지 알아보았다.
실재 피시험체를 측정하여 비교하는 경우 GTEM 셀 내 피시험체 전력선 배치가 SAC의 배치상태와 상당히 다르고 또한 측정 자체의 오차를 모두 포함하고 있어 본 발명의 계산방식의 효과를 정확히 판단할 수가 없어 이 같은 제반적인 측정 상의 오차를 배제하고 제안된 알고리즘의 정확도를 기존의 알고리즘 중 [수학식 3]과 이론적으로 근사되지 않은 [수학식 8]과 [수학식 9]에 의한 결과값('theoretical value'로 표시)과 비교, 조사하기 위해 몇가지 셋트의 전자기 다이폴 모먼트가 이론적으로 가정된다. 그 결과 그래프에서 이론치는 다이폴 모먼트의 모든 크기와 위상을 고려한 [수학식 8]과 [수학식 9]로 부터 얻은 값이고, 기존 알고리즘(previous algorithm)에 의한 값은 [수학식 3]의 수식을 이용한 것이다. 본 발명에 따른 알고리즘(proposed algorithm)은 [수학식 10]과 [수학식 11]을 사용하여 얻은 값이다.
이러한 결과는 도 7, 도 8(a) 내지 도 8(c) 및 도 9(a) 내지 도 9(f)에서 비교된다. 각 값은 실험에서와 유사한 φ=0° 내지 360°(step 20°), z=1 내지 4m(step 20 cm) 그리고 ρ=3m의 관측점들에서 계산된 값들 중 최대값이다. 사용된 다이폴 셋트의 경우들은 다음과 같다.
경우 1: Px=Py=Pz=k0Mx=k0My=k0Mz, Ψpx=Ψpy=Ψpz=Ψmx=Ψmy=Ψmz
경우 2: Px≠Py≠Pz≠k0Mx≠k0My≠k0Mz, Ψpx=Ψpy=Ψpz=Ψmx=Ψmy=Ψmz
경우 3: Px=Py=Pz=k0Mx=k0My=k0Mz, Ψpx≠Ψpy≠Ψpz≠Ψmx≠Ψmy≠Ψmz
경우 1의 모의 결과를 도 7에 보이고 있다. 본 알고리즘과 이론치 간의 차는 모두 2.5 dB내에 있다. 특히 수직 전계는 모든 주파수에서 이론치(theoretical value)와 잘 일치하고 있다. 그리고 기존의 알고리즘을 이용한 데이타도 비교적 좋은 일치를 보인다.
도 8(a) 내지 도 8(c)는 경우 2의 다이폴 모먼트의 복사 전계의 모의 결과이다. 수평 축 상의 라벨은 크기를 나타낸다.
본 알고리즘에 의한 수직 전계의 두 데이타는 훌륭한 일치를 보인다. 그러나 수평전계의 데이타들은 대략 5dB이내에서 일치한다. 기존 알고리즘을 사용한 데이타는 특정한 크기의다이폴 셋트(수직전계의 경우 1, 16, 17, 32, 33번째, 수평전계의 경우 8번째)에서 매우 큰 오차를 보이고 있다.
6개의 다이폴 모먼트 성분의 위상변화에 대한 모의 결과를 도 9(a) 내지 도 9(f)에 나타내었다. 6개 다이폴 모먼트의 위상변화의 셋트 갯수가 너무 많으므로, (예를 들면, 위상변화 스텝이 5도인 경우 전체 고려되는 다이폴 모먼트 위상 셋트는 1.4×1011) 본 발명에서는 단지 제한된 경우들만이 계산된다. 결과로부터 판단하건대, 수직 전계 데이타는 상기 두가지 경우와 유사하게 훌륭한 일치를 보이나 수평전계에 있어서는 협소한 위상차와 큰 위상차에 대해 각각 2dB와 4dB 이내에서 일치한다. 도 8(b)의 수평축의 라벨은 위상 셋트를 나타낸다.

Claims (10)

  1. 전기전자기기(피시험체)로 부터 발생하는 수직전계 및 수평전계를 측정하는 시설인 야외시험장(OATS)을 대신하여 GTEM 셀을 이용하여 피시험체로 부터의 복사전계 측정 방법에 있어서,
    상기 GTEM 셀 내에 있는 피시험체의 고안된 15가지 배열에 대한 15개의 GTEM 셀 출력단 전력을 측정하는 제 1 단계와,
    상기 측정된 15개의 GTEM 셀 출력단 전력을 이용, 15개의 GTEM 셀 출력단 전력과 야외시험장 상의 피시험체로 부터 복사되는 수직 및 수평전계 수식 간의 상관관계를 계산하여 야외시험장 상의 피시험체로부터 복사되는 수직 및 수평전계를 각 주파수에 대해 전자 장해를 측정하는 공간점 범위에서 계산하여 그 중 최대값을 취하는 제 2 단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 지.티.이.엠 셀 출력단 전력을 이용한 복사전계 측정 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 단계의 GTEM 셀 내에 있는 피시험체의 측정변수 n에 대한 15가지 배열 방법은 GTEM 셀의 좌표축을 (X,Y,Z), 피시험체의 좌표축을 (X',Y',Z')로 둘 때 상기 측정변수 n에 대한 15가지 배열은 하기와 같이 각각 배치되는 것을 특징으로 하는 지.티.이.엠 셀 출력단 전력을 이용한 복사체로부터의 전계 계산 방법.
    제 1 배열: GTEM 셀의 좌표축 X, Y, Z를 각각 피시험체의 좌표축 X', Y', Z'와 일치시킨 배치이고, 상기 배열을 기본 배치(XX',YY',ZZ')라 함.
    제 2 배열: 상기 제 1 배열에서 피시험체를 Y축에 대해 반시계방향으로 45도 회전시킨 배치이다.
    제 3 배열: 상기 제 2 배열에서 피시험체를 Y축에 대해 반시계방향으로 45도 회전시킨 배치이다.
    제 4 배열: 상기 제 3 배열에서 피시험체를 Y축에 대해 반시계방향으로 90도 회전시킨 배치이다.
    제 5 배열: 상기 제 4 배열에서 피시험체를 Y축에 대해 반시계방향으로 90도 회전시킨 배치이다.
    즉, 상기 제 2 내지 제 5 배열은 상기 제 1 배열에서 피시험체를 Y축에 대해 각각 45, 90, 180 그리고 270도 회전시킨 배치이다.
    제 6 배열: GTEM 셀의 좌표축 X, Y, Z를 각각 피시험체의 좌표축 Y', Z', X'와 일치시킨 배치이고, 상기 배치를 기본배치(XY',YZ',ZX')라 함.
    제 7 배열: 상기 제 6 배열에서 피시험체를 Y축에 대해 반시계방향으로 45도 회전시킨 배치이다.
    제 8 배열: 상기 제 7 배열에서 피시험체를 Y축에 대해 반시계방향으로 45도 회전시킨 배치이다.
    제 9 배열: 상기 제 8 배열에서 피시험체를 Y축에 대해 반시계방향으로 90도 회전시킨 배치이다.
    제 10 배열: 상기 제 9 배열에서 피시험체를 Y축에 대해 반시계방향으로 90도 회전시킨 배치이다.
    즉, 상기 제 7 내지 제 10 배열은 상기 제 6 배열에서 피시험체를 Y축에 대해 각각 45, 90, 180 그리고 270도 회전시킨 배치이다.
    제 11 배열: GTEM 셀의 좌표축 X, Y, Z를 각각 피시험체의 좌표축 Z', X', Y'와 일치시킨 배치이다. 상기 배치를 기본배치(XZ',YX',ZY')라 함.
    제 12 배열: 상기 제 11 배열에서 피시험체를 Y축에 대해 반시계방향으로 45도 회전시킨 배치이다.
    제 13 배열: 상기 제 12 배열에서 피시험체를 Y축에 대해 반시계방향으로 45도 회전시킨 배치이다.
    제 14 배열: 상기 제 13 배열에서 피시험체를 Y축에 대해 반시계방향으로 90도 회전시킨 배치이다.
    제 15 배열: 상기 제 14 배열에서 피시험체를 Y축에 대해 반시계방향으로 90도 회전시킨 배치이다.
    즉, 상기 제 12 및 15 배열은 상기 제 11 배열에서 피시험체를 Y축에 대해 각각 45, 90, 180 그리고 270도 회전시킨 배치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 측정변수 n에 대한 제 1 내지 제 15 배열의 GTEM 셀 출력단 전력이 주파수 f에서 각각 P1(f) 내지 P15(f)라 할 때, 15개의 배열에 대한 전력측정 방법은 피시험체를 기본 배열 (XX',YY',ZZ')로 두고, 측정변수 n=0, m=n+2로 초기화하는 단계와,
    상기 n 값을 1 증가시키고 전력 Pn(f)(n은 측정변수로서 배열 번호를 가리킴)를 측정하는 단계와,
    상기 n(=1)과 m(=2) 값을 비교하여 n이 m보다 크지 않으면, 피시험체를 기가헤르츠 횡축 전자석 셀 좌표축 Y에 대해 반시계방향으로 45도 회전시켜(=45도가 되도록 하고 상기 단계를 다시 수행하는 단계와,
    상기 n이 2일 때까지 동일한 단계를 수행하며, 상기 n이 3이 된 후에는 n이 5가 될 때까지(ø는 90를 증가시켜 각 배치번호(n), 1 내지 5는 피시험체가 기본 배열, (XX',YY',ZZ')로부터 Y축에 대해 각각 0, 45, 90, 180, 270도가 회전된 배치를 가리키는 단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 지.티.이.엠 셀 출력단 전력을 이용한 복사전계 측정 방법.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 측정변수 n에 대한 제 1 내지 제 15 배치에 대한 GTEM 셀 출력단 전력이 주파수 f에서 각각 P1(f) 내지 P15(f)라 할 때, 상기 n이 5이면 피시험체를 기본 배열 (XY',YZ',ZX')로 하여 Y축에 대해 각각 0, 45, 90, 180 그리고 270도 회전된 배치에서 P6(f) 내지 P10(f)를 측정하는 것을 특징으로 하는 지.티.이.엠 셀 출력단 전력을 이용한 복사전계 측정 방법.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 측정변수 n에 대한 제 1 내지 제 15 배치에 대한 GTEM 셀 출력단 전력이 주파수 f에서 각각 P1(f) 내지 P15(f)라 할 때, 상기 n이 10이면 피시험체를 기본 배열 (XZ',YX',ZY')로 하고 Y축에 대해 각각 0, 45, 90, 180 그리고 270도 회전된 배치에서 P11(f) 내지 P15(f)를 측정하는 것을 특징으로 하는 지.티.이.엠 셀 출력단 전력을 이용한 복사전계 측정 방법.
  6. 야외시험장 또는 반-무반사실의 접지 면 상의 피시험체로 부터 수직 및 수평 복사전계를 산출하기 위해 상기 피시험체는 각 성분이 초기 위상을 갖는 전기 및 자계 다이폴 모멘트및으로 가정하고 하기 [수학식 20]의 GTEM 셀 출력 전력과 상관관계를 갖는 것을 특징으로 하는 지.티.이.엠 셀 출력단 전력을 이용한 복사전계 측정 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 야외시험장 또는 반-무반사실의 접지 면 상의 피시험체로 부터 수직전계를 얻기위해서는 요구되는 GTEM 셀 출력 전력과 피시험체의 전자기적 모델인 다이폴 모멘트들은 Pz 2+k0 2My 2 , Pz 2+k0 2Mx 2 , k0PzMysin(ψpz-ψmy) , k0PzMxsin(ψpz-ψmx) 및 k0 2MxMycos(ψmx-ψmy) 등의 값이 요구되며, 이 값들은 GTEM 셀 출력 포트에서 측정한 P1(f) 내지 P5(f)의 5개 전력들의 결합항과 상관되며, 상기 Pz 2+k0 2My 2 는 P1(f)와 P4(f)의 합을 2로 나눈 값, 상기 Pz 2+k0 2Mx 2 는 P3(f)와 P5(f)의 합을 2로 나눈 값, 상기 k0PzMysin(ψpz-ψmy) 은 P4(f)에서 P1(f)을 뺀 값을 4로 나눈 값, 상기 k0PzMxsin(ψpz-ψmx) 는 P5(f)에서 P3(f)을 뺀 값을 4로 나눈 값과 등가인 것으로 상관되고, P1(f)과 P3(f)의 합에서 P4(f)와 P5(f)의 합을 빼고 이 값에 를 곱한값을 TMP1라 하면 상기 k0 2MxMycos(ψmx-ψmy) 는 P2(f)에서 P1(f), P3(f), P4(f), P5(f)의 평균값과 TMP1값을 뺀 값과 등가인 것으로 대체하여 다이폴 모멘트로 모델링한 피시험체를 GTEM 셀 출력 전력과 상관관계(여기서 k0는 자유공간에서의 전달 상수이다)를 갓는 것을 특징으로 하는 지.티.이.엠 셀 출력단 전력을 이용한 복사전계 측정 방법.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 야외시험장 또는 반-무반사실의 접지 면 상의 피시험체로 부터 수평전계를 얻기위해서는 요구되는 GTEM 셀 출력 전력과 피시험체의 전자기적 모델인 다이폴 모멘트들은 Px 2+k0 2Mz 2 , Px 2+k0 2My 2 , k0PxMzsin(ψpx-ψmz) , k0PxMysin(ψpx-ψmy) , k0 2MyMzcos(ψmy-ψmz) , Py 2+k0 2Mx 2 , Py 2+k0 2Mz 2 , k0PyMxsin(ψpy-ψmx) k0PyMzsin(ψpy-ψmz) 그리고, k0 2MxMzcos(ψmx-ψmz) 등의 값들이 요구되며, 이 값들은 GTEM 셀 출력 포트에서 측정한 P6(f) 내지 P15(f)의 10개 전력들의 결합 항과 상관관계를 갖으며, 상기 Px 2+k0 2Mz 2 는 P6(f)와 P9(f)의 합을 2로 나눈 값, 상기 Px 2+k0 2My 2 는 P8(f)와 P10(f)의 합을 2로 나눈 값, 상기 k0PxMzsin(ψpx-ψmz) 은 P9(f)에서 P6(f)을 뺀 값을 4로 나눈 값, 상기 k0PxMysin(ψpx-ψmy) 는 P10(f)에서 P8(f)을 뺀 값을 4로 나눈 값과 등가인 것으로 상관관계를 짓고, P6(f)과 P8(f)의 합에서 P9(f)와 P10(f)의 합을 빼고 이 값에 를 곱한값을 TMP2라 하면 상기 k0 2MyMzcos(ψmy-ψmz) 는 P7(f)에서 P6(f), P8(f), P9(f), P10(f)의 평균값과 TMP2 값을 뺀 값과 등가인 것으로 대체하며, 그 다음 5개의 전력 P11(f) 내지 P15(f)도 유사하게 다이폴 모멘트의 크기 및 위상과 상관관계를 갖되, 상기 Py 2+k0 2Mx 2 은 P11(f)와 P14(f)의 합을 2로 나눈 값, 상기 Py 2+k0 2Mz 2 는 P13(f)와 P15(f)의 합을 2로 나눈 값, 상기 k0PyMxsin(ψpy-ψmx) 은 P14(f)에서 P11(f)을 뺀 값을 4로 나눈 값, 상기 k0PyMzsin(ψpy-ψmz) 는 P15(f)에서 P13(f)을 뺀 값을 4로 나눈 값과 등가인 것으로 상관관계를 갖으며, P11(f)과 P13(f)의 합에서 P14(f)와 P15(f)의 합을 빼고 이 값에 를 곱한값을 TMP3이라 하면 상기 k0 2MxMzcos(ψmx-ψmz) 는 P12(f)에서 P11(f), P13(f), P14(f), P15(f)의 평균값과 TMP3 값을 뺀 값과 등가인 것으로 대체하여 다이폴 모멘트로 모델링한 피시험체에서 복사되는 수평전계를 GTEM 셀 출력 전력과 상관관계를 갓는 것을 특징으로 하는 지.티.이.엠 셀 출력단 전력을 이용한 복사전계 측정 방법.
  9. 제 6 항에 있어서,
    상기 야외시험장 또는 반-무반사실의 접지 면 상의 피시험체로 부터의 복사전계 크기는 상기 야외시험장 상의 좌표가 수직축을 z축으로 할때 피시험체가 상기 접지 면 위의 높이 h에 위치한다면 관측점(사용자가 복사전계를 계산하고자 하는 야외시험장 상의 공간점) (x,y,z)에서 수직전계와 수평전계는 다음 [수학식 21]과 [수학식 22]로부터 얻어지는 것을 특징으로 하는 지.티.이.엠 셀 출력단 전력을 이용한 복사전계 측정 방법.
  10. 제 7 항에 있어서,
    상기 상기 야외시험장 피시험체의 복사전계 중 15 개의 다이폴 모멘트 관련항과 15 개의 GTEM 셀 출력단 전력은 다음 [수학식 23]과 같이 상관관계를 갖는 것을 특징으로 하는 지.티.이.엠 셀 출력단 전력을 이용한 복사전계 측정 방법.
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