HEMP 시뮬레이터의 성능 분석과 루프 안테나의 교정에의 응용

Abstract

지금까지의 HEMP(High-Altitude Electromagnetic Pulse) 시뮬레이터에 대한 연구가 주로 설계 및 제작, 그 성능으로서 시간 영역에서의 전기장 펄스의 파라미터(파형, 펄스진폭, 상승시간, 펄스 폭 등)를 측정 및 분석되었다. HEMP 시뮬레이터에 관한 국제표준 IEC 61000-4-25 및 IEC 61000-4-20의 부록 C에서도 HEMP 시뮬레이터의 성능을 펄스의 파형에 관해 그 허용 오차를 규정하고 있다. 이러한 성능은 펄스 발생기와 HEMP 시뮬레이터가 결합된 상태에서 HEMP 시뮬레이터의 전기장 펄스를 측정하여 평가된다. HEMP 발생기는 수백 kV의 출력을 얻기 위해 고전압 막스 발생기로 구성되어 있어서 펄스의 재현성이 매우 떨어져 규정된 성능 특성을 평가하기가 매우 어렵다. HEMP 시뮬레이터의 설계 및 제작 시, 많은 반복측정을 수행해야 비로소 그 성능을 확인할 수 있다. IEC 61000-4-32에도 측정결과의 신뢰도가 낮다는 것을 파악할 수 있다. 이는 허용 오차를 벗어나게 된 원인이 HEMP 펄스 발생기에 기인하는지 HEMP 시뮬레이터의 특성으로 인한 것인지 파악하기 어려운 단점이 있다. 따라서, 본 논문에서는 복사성 HEMP 시뮬레이터와 HEMP 펄스 발생기를 분리하여 HEMP 시뮬레이터만 단독으로 그 특성을 재현성이 높게 확인하는 방법을 제시하고 측정하였다. HEMP 시뮬레이터 단독으로 특성을 확인하는 방법은 연속파(Continuous Wave, CW)를 인가하여 주파수 영역에서 HEMP 시뮬레이터 내부의 TEM (Transverse Electromagnetic) 모드와 균일도를 확인하는 것이다. 이를 위해 IEC 61000-4-20의 본문에서 TEM 셀에 대한 검증방법으로 제시되어 있는 방법을 이용하였다. 또한, 이러한 원추형 HEMP 시뮬레이터의 TEM 모드 및 균일장 성능을 이용하여 30 MHz 이하의 주파수에서 사용되는 루프 안테나의 안테나 인자를 결정하는 응용 연구를 수행하였다. 안테나 인자 결정 방법은 원추형 HEMP 시뮬레이터를 송신 안테나로 보고 이미 안테나 인자를 알고 있는 기준 안테나를 이용하여 미지의 안테나 인자를 산출하는 기준 안테나 방법을 사용하였다. 기준 루프 안테나를 제작하여 중국 표준과학연구원(National Institute of Metrology, NIM)과 일본 정보통신연구원(National Institute of Information and Communications Technology, NICT)에서 안테나 인자를 교정하였으며, 이를 이용하여 HEMP 시뮬레이터 내에서 상용 루프 안테나의 교정을 수행하였다. 교정 결과 HEMP 시뮬레이터에서 결정된 안테나 인자가 3-안테나 교정방법에 의해 결정된 안테나 인자와 약 ±0.5 dB 이내로 매우 유사하게 나타났다.