전자파(EMI, EMS..)

1. 전자파 개요
우리들이 생활하는 공간에는 번개에 의한 방전과 같이 자연현상이 근원이 되는 전자계가

있는 반면에 텔레비전, 라디오, 트랜시버 등과 같이 전파를 수신‧방사하는 것을 목적으로 하는

장치에서, 자동차의 플러그나 전기 용접기와 같이 방전을 함으로써 기능을 유지하게 되는

인공시스템이서 발생되는 인공 전자계가 존재한다.
이와 같이 전자계가 존재하는 환경을 전자파 환경이라 하는데 전자파 환경 내에는 라디오,

텔레비전 수상기와 같이 의도적으로 전자파를 발생하는 장치에 이용되는 필요 전자파가 있는

반면, 비의도적으로 발생되는 전자파가 다른 기기에 오 동작 등의 영향을 주거나 방해를 하는

신호원이 되는 경우가 있는데, 이러한 전자파를 노이즈 한다.

이러한 전자파 노이즈는 기체내의 회로를 통하여 공간으로 방사되는 사 노이즈(Radiated Emission)와

신호선 또는 전원 전선을 통하여 다른 제품에 영향을 미치는 전도 노이즈(Conducted Emission)으로

구별한다.
최근의 반도체기술과 디지털 기술의 급속한 발전은 부품의 초소형, 고밀도 및 고속화를

이룩하였으며, 또한 기기를 경박 단소화 하여 극히 적은 구동에너지로도 필요한 동작을

실현하게 하였지만 짧은 시간에 전류나 전압이 변화할 때, 노이즈가 대단히 커지게 됨과

동시에 외부에서 방사되는 불필요한 에너지에도 민감한 반응을 나타내는 등 노이즈에 아주

약한 장치가 되었다.
그리고 이러한 기기의 특성은 인위적 제어가 어려운 자연현상의 미소한 전자파 장해에도

민감하게 반응되어 오 동작을 일으키게 되었다. 이러한 문제점을 해결하기 위한 방법 중에

하나는 불요 전자파의 방출을 억제하는 방법이고, 다른 하나는 어느 정도의 전자파 환경 내에서는

장해를 견디며 정상적으로 동작할 수 있도록 내성을 강화시키는 방법이다.
이를 세계적으로 EMC,EMI,EMS,로 규정하여 <그림 1>와 같이 구분, 관리하고 있다.

⊙ EMC, EMI, EMS
전자파는 무선통신이나 레이더 등에서와 같이 전자파를 유효하게 이용하는 경우도 있으나,

전기 ‧ 자기 기기 등에서는 부차적으로 발생되는 전자파가 그 자체의 기기 또는 다른 기기에

영향을 줄 수도 있다.

대부분의 전자기기는 정도의 차이는 있지만 전자파 잡음을 발생하며 이 전자파 잡음은 여러

매질의 경로를 통해 다른 기기에 장해를 주게 된다.
이와 같이 다른 기기에 전자파 장해를 끼치는 것을 EMI(Electro Magnetic Interference)라

하며 능동적 장해라 한다.

이에 반하여 외부로부터 침입 되는 전자파 잡음에 의한 장해를 수동적 장해라 할 수 있으며,

이 수동적 장해에 대한 내성을 EMS(Electro Magnetic Susceptibility)라 하고 EMI와 EMS를

포괄적인 용어로 EMC(Electro Magnetic Compatibility)라 한다.

전자파 장해의 문제에 있어서는 잡음을 발생하는 잡음원, 잡음이 전파해 나가는 매질 및

장해를 받는 피장해기기 등을 고려할 수 있는데, 이들 세가지 요소를 전달 경로에 따른

방해파의 3요소라 한다. 이들 세가지 요소 중 한가지만 제거해도 전자파의 대한 양립(적합성,EMC)을 이룰 수 있다.
즉, 전자파의 양립성(적합성)이란 전자파 환경 또는 그곳의 기기에 오동작의 원인이 전자적

교란을 초래하지 않고 또 잡음이 존재하는 전자파 환경 내에서도 만족스러운 기능을 발휘할

수 있는 기기의 능력을 의미한다.
전자파 경로는 공간으로 방사되는 전자파(잡음 전계강도)와 전원선을 통고하는 전도전자파

잡음(잡음 단자전압)으로 구분되며, 이러한 경로에 따라 잡음의 세기를 측정하는 파라미터가

다르게 된다. 피장해 기기도 방사 또는 전도되는 외부 침입잡음에 대한 배제능력(Immunity),

즉, EMS(전자파 내성: Electro Magnetic Susceptibility)에 의해 평가되어 질 수 있다.

2. 전자파 장해 측정
1) 측정장소
측정장소로는 옥외측정(Open Field Site)과 전자파 무반사실(Anechoic chamber)측정이

있다. 이것은 둘 다 2π Steradian의 반무한공간으로 지상에서 사용되는 기기들에 적용되며,

송신과 수신점간의 직접파외에 대지의 반사파가 가해지도록 되어있다.
옥외측정장소(Open Field Site)는 주변에 전자파를 반사할 수 있는 구조물 등이 없는 넓고

균일하게 평평한 대지로서 입사파에 대한 반사파가 전혀 없고 주위 잡음없는 곳이 가장

이상적이나 어디에서나 이와 같은 장소를 찾기란 쉽지 않다.
또한 옥내측정 장소인 전자파 무반사실은 전자계의 교란에서 벗어나기 위하여 차폐(Shield)를

시키는 것이 보통이며, MIL STD 285에 따라 120dB 감쇠량이 요구된다. 삽입손실 규정은

피 측정장치에 따라 다르겠지만, 대체적으로 MIL STD 220A-1에서 100dB 이상을 만족하여야 한다.

2) 측정 안테나 및 측정거리
옥외측정장소에서 방사전자파 잡음을 측정하기 위하여 사용되는 측정 안테나는 동조형

반파장 다이폴(Dipole) 안테나를 원칙으로 하나. 측정장소의 사정에 따라 다이폴 안테나가

여의치 않을 경우에는 Biconical안테나, log Periodic 안테나 등과 같은 선형 편파 안테나를

사용할 수도 있으며, 이때의 측정결과는 동조형 반파장 다이폴 안테나를 사용했을 때와

동일한 결과이어야 한다.
CISPR에서는 방사 안테나와 측정 안테나간의 측정거리를 3m, 10m, 30m등으로 규정하고

있으며, 측정거리별 안테나 높이의 조정 범위는 3m일때는 1m~4m, 측정 거리가 10m~30m일때는

2m~6m가 되도록 규정하고 있다.
FCC에서는 측정거리가 3m~10m일 때가 1m~4m, 측정거리가 2m~6m로 측정 안테나 높이를

가변조정 하도록 규정하고 있다.

3) 측정장비
전자파 장해특정에 사용되는 주요측정기기는 수신기(Test Receiver)와 안테나,

LISN(Line Impedance Stabilization Network : 전원 임피던스 안정화 회로망), 전류 프로브(Current Probe),

흡수 클램프(Absorber Clamp)등이 있다.
수신기는 방사전자파 잡음은 물론 전도전자파 잡음측정에 필수적으로 사용되는 기기이며,

안테나와 LISN 전류 프로브는 일종의 변환기로서 잡음신호를 감지하여 분석하기 쉬운 신호로

바꾸어 주는 역할을 한다.

4) 방사전자파 잡음(잡음 전계강도) 측정
• 측정기기의 구성
방사전자파 잡음을 측정하기 위해서는 피 측정장치에서 방사되는 전자파 잡음의 신호가

최대가 되도록 구성하여야 한다.

방사전자파 잡음을 측정하기 위한 시험제품과 그 부속장치의 구성은 그 제품이 실제 사용되는

상태로 배열하고 또한 연결되는 케이블 등은 제작자가 판매 시 지정된 것을 사용하도록 한다.   시험제품이 놓이는 회전대 위의 테이블 면은 비전도성이어야 하며 크기는 1.0m x 1.5m이어야 한다.

• 측정방법
방사전자파 잡음의 전계 강도를 측정하기 위한 측정 안텐나는 동조형 반파장 다이폴 안테나를

사용한다.
또한 특정자치와 함께 사용되는 피 측정장치는 상호간을 접속시킨 상태에서 각각 상황에

따라 형태변경을 시켜가며 측정한다.
전자파 잡음의 측정결과는 첨두치(Peck Value), 준첨두치(Quasi-Peak Value), 평균치(Average Value)등으로

나타낼 수 있으나 주로 준첨두치로 기록한다.

5) 전도전자파 잡음(잡음 단자전압)측정
• LISN의 조건
LISN(Line Impedance Stabilization Network : 전원 임피던스 안정화 회로망)은 파측정장치의

전원선, 제어선 등에 연결하여 도선으로 유입되는 전도전자파 잡음전압을 측정할 때 RF(Radio Frequency)

공칭 임피던스인 50옴(ohm)을 종단 하기 위한 회로망이다.

• 측정방법

전도전자파 잡음측정은 MIL-STD 285에서 규정한 120dB옥내측정 장소에서 측정하며, 모든

전원선은 필터를 통하여 LISN에 연결시켜 측정한다.
피 측정장치는 1.0m x 1.5m 크기의 비전도성 테이블 위에 놓으며 바닥의 콘센트에 연결되는

모든 전원선의 여분은 바닥에 늘어뜨리며, 케이블 높이는 접지면에서 50cm되게하고, 그 이상

여분 케이블은 중앙에서 30cm~40cm되게 접는다. 그러나 1m이하의 케이블은 접지 않으며,

유연성 코드는 ∞자 형태로 감아서 LISN에 직접 연결한다.