[PCB EMI] 근거리 장과 원거리 장 (20)

EMI 측정의 기본, 근거리장(Near Field)과 원거리장(Far Field) 완벽 분석

전자기 환경 적합성(EMC)과 전자파 간섭(EMI) 테스트에서 중요한 개념 중 하나가 바로 근거리장과 원거리장입니다. 특히 고속 신호가 흐르는 PCB를 설계하거나, 방사 노이즈의 원인을 파악할 때 이 두 개념의 이해는 필수적입니다. 각각의 영역은 필드의 분포 특성과 측정 방식이 다르기 때문에 정확한 구분이 필요합니다.

 

근거리장과 원거리장이란?

전자기파를 방사하는 소자(예: 안테나, PCB 회로) 주변은 전자기장의 공간 분포 특성에 따라 근거리장(Near Field)과 원거리장(Far Field)으로 나뉩니다. 두 영역은 전기장(E)과 자기장(H)의 관계, 파형의 구조, 임피던스 특성에서 뚜렷한 차이를 보입니다.

• 근거리장: 방사원에 가까운 영역으로, 전기장과 자기장이 독립적으로 존재하며 파동의 특성이 복잡하게 나타납니다. 필드 간 위상 차이도 존재하고, 공간 임피던스는 일정하지 않습니다.
• 원거리장: 방사원에서 충분히 떨어진 영역으로, 전기장과 자기장이 수직을 이루며 TEM 파 형태로 진행합니다. 이 경우 임피던스는 자유 공간 임피던스(약 377Ω)로 수렴하게 됩니다.

일반적으로 파장(λ)을 기준으로 λ/2π보다 가까운 영역을 근거리장, 그보다 먼 영역을 원거리장으로 구분합니다.

 

근거리장과 원거리장의 특징 비교

특징	근거리장 (Near Field)	원거리장 (Far Field)
E/H 필드 특성	독립적으로 분포, 복잡한 위상	수직 관계, TEM 파 형성
임피던스	일정하지 않음, 주파수 및 거리 의존	자유 공간 임피던스 (≈ 377Ω)
거리 기준	방사원에 근접한 영역 (λ/2π 이내)	방사원에서 충분히 먼 영역
측정 대상	노이즈 소스 분석, E/H 성분 개별 측정	방사 전계 강도 측정, 규격 준수 검증

 

EMI 측정에서 두 영역을 구분하는 이유

EMI 측정은 측정 목적에 따라 접근 방식이 달라집니다. 제품 인증을 위한 방사시험은 원거리장에서 수행되며, EMI 발생 원인을 분석하는 데는 근거리장 측정이 활용됩니다.

• 원거리장 측정: 주로 30 MHz 이상의 주파수에서 방사되는 전자기파를 측정합니다. 규정에 따라 1m 또는 3m 거리에서 안테나를 사용해 전계 강도를 측정하며, 표준화된 환경에서 수행됩니다.
• 근거리장 측정: PCB나 케이블에서 발생하는 EMI의 원인을 찾기 위해 근거리장 프로브를 사용합니다. 전기장(E-field), 자기장(H-field)을 각각 탐지할 수 있으며, 노이즈 소스를 시각적으로 확인하고 개선 방안을 도출하는 데 효과적입니다.

 

PCB 설계에서의 고려사항

EMI를 줄이기 위해선 근거리장에서의 전자기장 분포를 이해하는 것이 중요합니다. 예를 들어 고속 신호 라인의 루프 면적을 최소화하거나, 연속적인 GND 레이어를 배치하는 것은 자기장 방사를 줄이는 데 유리합니다. 또한, 부품 간 간격, 클럭 라인의 배선, 필터링 등의 세부 설계 요소들이 근거리장에서의 불필요한 방사를 억제하는 데 기여합니다.

 

마무리하며

근거리장과 원거리장은 단순한 이론 개념이 아니라 실제 EMI 문제 해결과 측정 전략 수립의 핵심 요소입니다. 측정 환경과 목적에 따라 올바른 구분과 도구를 선택하는 것이 설계 품질과 규격 적합성 확보에 큰 영향을 줍니다. 전자기 호환성과 신뢰성 높은 제품 개발을 위해 반드시 숙지해야 할 개념입니다.