전자파 환경

1.1 서론

 

우리가 생활하는 공간에는 자연현상으로 발생하는 전자파도 있으며, 방송국이나 개인 휴대용 전화기의 안테나로부터 방사되는 전자파도 있다. 이외에도 전기, 전자장치에서 비의도적으로 방출되는 전자파도 있다.
우리는 이러한 전자파를 유효하게 이용하여 정보 교환을 위한 통신 등에 사용하기도 한다. 그러나 한편으로는 전기, 전자장치도 이와 같은 전자파환경에 놓여 있으므로 불필요하고 유해한 영향을 받을 수도 있다.
이러한 영향을 피하기 위해서는 전기, 전자장치에서 방출되는 불필요한 전자파의 방사를 억제하여 전자파 환경의 오염을 방지해야 하고, 또한 전자파 환경에 대한 전기, 전자 장치류의 내성을 향상시켜 오작동을 하지 않도록 하여야 한다.
따라서 이들 상호 간의 조화가 취해진 전자파환경 확립을 위한 연구가 무엇보다도 중요하며, 이를 지향하는 학문이 곧 전자파환경 공학이다.
정보화 사회의 진전과 함께 전기, 전자장치는 고기능화와 함께 디지털화 되어 가고 있으며, 동시에 이러한 기기류의 보급도 급속하게 증가하고 있다.
이로 인하여 불필요한 전자파 방출이 증가하고 불요전자파의 영향을 받을 확률의 증대를 초래하고 있다.

 

1.2 전자파환경과 EMC
1.2.1 전자파 환경

 

최근의 디지털 기술의 급속한 발전은 전기,전자장치의 소형화, 경량화를 가능하게 하였고, 처리 속도도 고속화되어 가고 있다. 또한, 동작 전압도 낮아져 미약한 전자파에도 민감하게 반응하여 오작동을 일으키게 되었다.
각 분야에 전기, 전자장치가 보급됨에 따라 사용 환경의 밀도가 높아져 전기, 전자장치들이 원래의 설계 목표대로 동작하지 못하는 문제가 발생되고 있다.
전자파환경이란 이러한 전기, 전자장치들의 정상적인 동작에 영향을 미치게 하는 전기, 전자장치 주위의 전자파환경을 말한다.
전자파환경은 자연 현상에 의해 만들어지는 자연 전자파환경과 인공 시스템에 의해 발생하는 인위적 전자파환경으로 구분할 수 있다.

1.2.3 EMC의 정의

전기,전자장치에서 방출되는 전자기 에너지를 제어하여 전자파환경에 대한 내성을 향상시킨 전기, 전자장치를 만들 수 있다. 
이와 같은 전자파환경과 인공 시스템 간의 양립성을 전자파 양립성(EMC, Electromagnetic Compatibility)이라고 한다.
즉, "인공 시스템이 전자파환경을 오염시켜 다른 것에 방해를 주는 것과 같은 불필요한 전자기 에너지를 방출하는 일도, 또한 동시에 전자파환경의 영향을 받는 일도 없이 그 성능을 충분히 발휘할 수 있는 능력"이다.
  전자파환경 속에서 시스템과 시스템 간의 상호 간섭에 대한 EMC는 시스템 간 EMC 라고 하며, 하나의 시스템 내부에 있어서의 EMC의 문제를 시스템 내부 EMC이라고 한다. 
인공시스템에 있어서는 이들 두 가지의 EMC를 고려하여야 한다.

1.2.4 장해 전자파의 종류

자연 전자파환경에 의한 잡음은 주로 대류권의 전자기현상, 지구과학적 전자기현상, 그리고 지구 밖에서 오는 전자파 등에 의해서 형성된다.
즉, 자연 전자파환경에 의한 잡음을 대략 다음과 같이 구분할 수 있다.

1) 대기 전기장 잡음
  구름 등이 전혀 없는 기상학적으로 정온한 날이라도 지표면 가까이에서는 평균 100~150V/m 정도의 전기장이 관측된다.
전기력선은 지표면에 수직이며, 전위는 상공일수록 높다. 이 전기장을 대기전기장이라고 부른다. 상공에서 지표를 향하여 2~20pA/m2의 전류가 흐르고 있다.
2) 뇌운에 의한 지표전기장 잡음
  뇌운 중 빗방울의 정전유도에 의해 전하가 분리되며, 구름 중의 강한 상승기류에 의해서 구름의 상층부에 양, 중간층에 음, 하층부에 양의 전하가 집결한다.
뇌운 중의 전하 분리는 싸라기눈과 얼음 결정의 충돌에 의해서도 일어나는데, 기온이 -10°C 이하인 경우에는 싸라기눈이 음으로 대전하며, -10°C 이상에서는 양으로 대전한다.
3) 뇌방전에 의한 전자기장 잡음
  뇌 방전은 절반 이상이 구름 속에 서의 운내방전이며, 30~40%가 대지방전, 소위 낙뢰이다. 그밖에 구름과 구름 사이에서 생기는 운간방전, 구름으로부터 대기 중으로의 방전도 있으나 이러한 현상은 아주 드물게 발생한다.
4) 대전미립자의 방전에서 생기는 전자기장
  대기 중의 물방울, 눈가루, 황사, 화산의 연기분출 등, 대전된 미립자의 방전에 의해 생기는 전자기장을 침적잡음 이라고 한다.
5) 우주전파에 의한 잡음
 대기권 밖에서 오는 전자파 중, 발생원이 태양계 이외의 것을 총칭하여 우주전파 또는 우주잡음이라고 한다.
6) 태양전파에 의한 잡음
  VHF대 이상이고, 예리한 지향성을 가진 안테나를 태양 방향으로 향했을 때에만 수신되는 잡음 전자파이며, 태양전파 또는 태양잡음이라고 한다. 
지구상에서 관측되는 태양전파는 파장이 수 mm ~ 수십 m이다. 정온시의 태양전파는 태양 대기 내의 열전자가 방사하는 열잡음이다. 그 강도를 등가온도로 나타내면 mm파대에서는 약 5000°C, cm파대에서 수만 °C, m파 대에서는 약 100만 °C가 된다.
7) 지표근방의 지구자기장에 의한 잡음
 지표에 있어서 지구자기장의 존재는 상당히 오래 전부터 알려져 있었다. 자침이 남북 방향을 가리키는 현상을 길버트는 지구가 하나의 거대한 자석이라고 설명했다.
자석으로서 지구의 성질과 그것이 만든 자기장을 총괄하여 통상 지자기라고 말하고 있다. 지구자기장은 지표상의 장소에 따라서 다르나 그 강도는 16~56A/m 정도이다.
8) 구 자기권에 의한 잡음
 지구에서 멀리 떨어진 장소의 지구자기장은 자기 다이폴에서 예상되는 것과는 다른 모양을 갖고 있다. 실제의 자기장은 한정된 공간에 영향을 미치고 있으며, 이 영역은 지구자기권이라고 불리고 있다.
자기권 내에는 높은 에너지 입자가 밀집된 영역이 있으며, 지축과 직교한 도넛 모양을 하고 있다. 이것은 반알렌대라고 불린다. 또한, 자기권 내의 하전입자군이 지구자기장의 자기력선에 따라서 남북으로 왕복 운동을 하면서 양전하를 가진 입자는 서쪽으로, 음전하의 입자는 동쪽으로 이동함에 따라 지구를 도는 전류가 생긴다.
이 전류는 적도면에서 가장 강해서 적도환 전류라 하며, 이것이 잡음을 유발한다.