확산기와 교반기를 이용한 전자파 잔향실 내 필드 균일도의 최적화

Abstract

전자파 양립성(Electromagnetic compatibility: EMC) 측정은 일반적으로 외부 전자파 환경과 독립적이고 내부 소스에 의해 발생된 전자파가 외부로 복사되지 않는 전자파 무반사실에서 주로 이루어져왔다. 전자파 무반사실은 측정 결과의 정확성과 재현성은 좋으나, 유지 및 보수에 비용이 많이 들고 상한 주파수에 제약이 있기 때문에 전자파 무반사실에 대한 대용 시설로서 전자파 잔향실이 고려되고 있다. 전자파 잔향실은 비교적 넓은 시험 공간과 짧은 측정시간의 장점을 갖으며, 전자파 흡수체를 부착하지 않아 전력 효율이 좋고 비용이 저렴하다. EMC 측정을 위한 전자파 무반사실의 대용 시설로서 전자파 잔향실이 사용되기 위해서는 시험 공간내의 필드 균일도가 표준 편차 3 dB 이하를 만족하여야 하며, 이 필드 균일도를 향상시키기 위하여, 교반기와 확산기를 사용한 연구가 진행되어왔다.

본 논문에서는 확산기와 교반기를 동시에 사용하여 전자파 잔향실 내 필드 균일도를 향상시켰고, 이때 확산기가 잔향실 한 쪽 벽면에서 차지하는 면적비를 변화시키면서 필드 균일도를 최적화하였다. 필드 균일도 측정을 위하여 1-3 GHz 범위의 확산기와 교반기를 설계 제작하였고, 확산기와 교반기의 효율을 입증하기 위하여 서로 다른 크기를 갖는 두 가지 형태의 기준 전자파 잔향실 Type I (10.80.85 m3)과 Type II (10.80.95 m3)를 제작하였으며, 정확한 수치해석을 위하여 FDTD 방식을 이용하여 시뮬레이션 하였다.

1-3 GHz 주파수 범위에서 전자파 잔향실 시험 공간의 표준 편차를 4가지 실험 조건에서 조사하였다: 1) 기준 전자파 잔향실, 2) 확산기만을 사용한 잔향실, 3) 교반기만을 사용한 잔향실, 4) 교반기와 확산기를 동시에 사용한 잔향실.

Type I 잔향실의 경우, 표준 편차의 평균이 3.49 dB(기준 잔향실), 3.1 dB (확산기를 사용한 잔향실), 2.9 dB(교반기를 사용한 잔향실), 2.67 dB(확산기와 교반기를 사용한 잔향실)의 순서로 나타났고, Type II 잔향실의 경우, 4.07 dB (기준 잔향실), 2.81 dB(확산기를 사용한 잔향실), 2.76 dB(교반기를 사용한 잔향실), 2.58 dB(확산기와 교반기를 사용한 잔향실)의 순서로 표준 편차의 평균이 향상되었다.

교반기와 확산기를 동시에 사용한 Type I 잔향실의 경우, 확산기가 잔향실 한 쪽 내멱에 차지하는 면적비가 12.5-25%일 때 필드 균일도가 2..55 dB로 가장 좋았다. 하지만 1-1.4 GHz 주파수에서 확산기의 면적비가 75%이상으로 증가하면 필드 균일도는 더 이상 향상되지 않거나 오히려 나빠졌다. Type II 잔향실의 경우, 필드 균일도는 확산기의 면적비가 25-50%일 때 표준 편차 2.54 dB로 가장 우수했지만, 최소 표준 편차와 최고 표준 편차의 차이가 0.07 dB로서 확산기의 면적비가 필드 균일도에 미치는 영향은 미미했다.

결론적으로, 전자파 잔향실의 필드 균일도는 잔향실의 크기가 작고 사용 주파수가 낮을수록 확산기의 크기에 따라 쉽게 변화한다고 말할 수 있다.