KR100361368B1 - 광대역 페라이트 전파흡수체 - Google Patents

Abstract

본 발명은 광대역 페라이트 전파흡수체에 관한 것이며, 특히 페라이트 자성체로 구성되는 전파흡수체의 광대역화에 관한 것으로서, 전파흡수체의 광대역화 요망에 부응하고, 제조 조건의 설정이 양호하여 보다 경제적으로 제조할 수 있도록 한 것이다.

본 발명은 반사판위에 타일상 페라이트 자성체를 배치하고, 상기 타일상 페라이트 자성체 위에 일정 간격(a)의 종횡으로 절단원추기둥형 돌기상 페라이트 자성체를 배치함과 아울러 상기 절단원추기둥형 돌기상 페라이트 자성체의 간격(a)은 사용하는 전파의 파장보다 짧고, 상기 절단원추기둥형 돌기상 페라이트 자성체의 상·하변의 직경을 d 및 b, 타일상 페라이트 자성체의 높이를 h₁, 절단원추기둥형 돌기상 페라이트 자성체의 높이를 h₂라할때 d는 0 ＜ d ＜ b, b는 d ＜ b ＜ a, h₁은 4 mm ≤ h₁≤ 8 mm, h₂는 20 mm ≤ h₂≤ 65 mm 인것을 특징으로 한 것이다.

Description

광대역 페라이트 전파흡수체 {WIDE-BAND FERRITE ELECTROMAGNETIC WAVE ABSORBER}

본 발명은 광대역 페라이트 전파흡수체에 관한 것이며, 특히 페라이트 자성체로 구성되는 전파흡수체의 광대역화에 관한 것이다.

광대역 페라이트 전파흡수체는 전자기기의 전자파방해시험, 안테나 특성시험 등에 이용되는 전파암실이나, 건물, 교량 등의 건축물 또는 구조물로부터의 전파반사에 의한 TV와 레이더의 장해방지를 위하여 설치되는 벽재 등으로 널리 이용되는 것이다.

종래 자성체인 소결 페라이트로 구성된 전파흡수체는 5 - 8 mm 정도의 얇은 두께로 예를 들면 30 MHz 정도의 저주파수의 전파도 흡수하는 뛰어난 특성을 가지고 있으므로 소결 페라이트 자성체를 이용한 전파흡수체는 전자기기로부터의 방사전파를 측정하기 위한 전파암실이나 건물에 의한 전파의 반사를 방지하기 위한 벽재로서 널리 사용되고 있다.

한편, 자성체 층으로 된 전파흡수체를 광대역화 하는 기술로서, 예를 들면 타일상의 페라이트 자성체를 공기층으로 띄워서(실제로는 발포 폴리우레탄판을 이용하여 전파반사판으로부터 띄워서) 배치하는 기술이 제안되어 있다. 이 기술의 예를 들면, 높이(타일 설치면과 수직 방향의 두께) 7 mm 의 NiZn 계 페라이트 타일을 반사판으로부터 10 mm 의 공기층을 개재시켜 즉 전체의 높이를 반사판으로부터 17 mm로 하여 배치하면 300 MHz - 800 MHz 의 전파에 대하여 반사감쇠량 20 dB 이하의전파흡수체가 얻어지게 된다.

일반적으로 전파흡수체의 표면에서 전파의 반사계수를 S 라고 하면, 전파흡수체의 전력흡수계수 α_Ρ는 식(1)과 같이 표시된다.

(1)

따라서, |S|가 작을수록 특성이 좋은 전파흡수체라고 할 수 있으며, 일반적으로 전파흡수체 특성평가의 한 척도로

|S| ≤ 0.1 (2)

즉, 반사감쇠량(-20 log S)을 20 dB 이하, 흡수계수 ≥ 0.99를 채용하고 있다.

가장 기본적인 페라이트 전파흡수체는 도 9에 도시한 바와 같이 반사판(M)위에 타일상의 페라이트 자성체(F)를 부착한 구조로 되어 있으며, 상기 구조를 가진 전파흡수체의 흡수 특성은 도 10과 같이 된다.

도 10에서 횡축은 주파수(f)를, 종축은 반사계수|S|를 나타내며, 도 10에서 |S| = 0.1 로 되는 하한 및 상한주파수를 각각 f_L및 f_H로 하면, 도면에서 알 수 있는 바와 같이 |S| = 0.1 을 만족하는 주파수 대역폭(B)은 식(3)으로 표시된다.

B = f_H- f_L(3)

이 대여폭(B)에 대하여 이미 많은 연구가 되어 있으며, 예를 들면 (A)하한주파수(f_L)을 30 MHz 가 되도록 하는 경우에 이용되는 패라이트는 모두 소결형으로 NiZn 계나 MnZn 계의 것으로서, 이와 같이 하면 일반적으로 상한주파수(f_H)는 300MHz - 400 MHz 로 된다.

(B)하한주파수(f_L)를 90 MHz 가 되도록 하는 경우에 이용되는 페라이트는 모두 소결형으로 NiZn 계나 MnZn 계의 것으로서, 이와 같이 하면 일반적으로 상한주파수(f_H)는 350 MHz - 520 MHz 로 된다.

하나의 응용으로서, 전파흡수체를 상기한 전자기기로부터의 방사전파를 측정하기 위한 전파암실의 벽재에 적용하는 경우는 f_L= 30 MHz 이고, f_H는 1998년 국제 무선장해 특별위원회(Comite Internationale Special des Perturbations Radioelectrique)Ⅱ에서 20㎓를 규제범위로 하고 있음으로 상기(A)의 경우 상한 주파수(f_H)가 낮고, (B)의 경우 역시 상한 주파수(f_H)가 낮다. 또 건물로부터의 TV 전파의 반사를 방지하기 위한 벽재의 경우에 일본에서는 f_L= 90 MHz, f_H= 800 MHz 가 요구되고 있어 (B)의 전파흡수체 역시 특성이 불충분하다.

그래서 전파흡수체를 개량하고자 하는 다양한 시도가 제안되어 왔으며, 소결 페라이트만으로 구성되는 최근의 전파흡수체의 광대역화의 예로 반사판위에 페라이트를 격자상으로 배치한 전파흡수체가 미국특허 제 5,276,448 호로 본 발명자의 일부에 의하여 제안되었으며, 상기 격자형 전파흡수체는 f_L= 30 MHz, f_H= 800 MHz 가 얻어진다.

또한 소결페라이트만으로 구성되는 전파흡수체의 광대역화의 예로 반사판위에 타일상 페라이트 자성체를 배치하고, 상기 타일상 페라이트 자성체위에 일정 간격으로 격자상으로 반복하여 배치되는 동일 두께의 페라이트 자성체를 중첩시켜서 상기 페라이트 자성체에 높이 방향을 따라 슬로트를 형성한 전파흡수체가 특허 제 144802 호로 본 발명자에 의하여 제안되었으며, 상기 전파흡수체는 f_L= 30 MHz, f_H= 1000 MHz 가 얻어진다.

그러나 상기한 전파흡수체의 전파흡수 특성은 건물의 벽재용은 충족되나 전파 암실용은 상기 규제범위 보다 현저히 낮고, 또한 구조 일부의 페라이트의 두께를 비교적 얇게 제작하고 또한 슬로트의 폭 및 두께도 작게 제작하여야 하는 경우가 있어서 실제 제조시 전체 구조를 일체로 성형할 경우 금형에 재료를 주입할 때에 재료 흐름의 불량, 성형품의 금형이탈 불량, 성형압력의 불균일 등으로 인하여 소결시에 변형하거나 깨어짐이 발생하기 쉽고, 제조 조건 설정의 곤란 등으로 제조비가 상승하게 되는 것이다. 특히 최근에는 전자파 환경(EMI/EMC)에 대한 관심이 높아지면서 전파흡수체도 광대역화가 요망되고 있으며, 앞으로 전자파 환경등에 이용될 주파수는 보다 높은 주파수가 될 것이므로 상기한 f_H는 필연적으로 높아질 것이다.

본 발명은 상기한 실정을 감안하여, 전파흡수체의 광대역화 요망에 부응하고, 제조 조건의 설정이 양호하여 보다 경제적으로 제조할 수 있는 광대역 페라이트 전파흡수체를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 반사판위에 타일상 페라이트 자성체를 배치하고, 상기 타일상 페라이트 자성체위에 일정 간격의 종횡으로 절단원추기둥형 돌기상 페라이트 자성체를 배치하여서 전체적으로 2층 구조로 형성한 것이다.

본 발명은 반사판위에 타일상과 절단원추기둥형 돌기상 흡수층을 수직으로 연속하여 배치한 전파흡수체에 관계되는 것으로서, 전기 정수를 변화시키는 수단으로서는 돌기의 형상 변화에 의하여 돌기를 들여다 보는 등가 투자율 및 등가 유전율을 요구되는 설정치로 제어하는 것이다. 즉 돌기의 간격, 높이 및 폭의 직경을 조절하므로서 그 돌기의 등가 투자율 및 등가 유전율을 변화시킬 수 있도록 한 것이다.

특히 페라이트 자성체는 돌기를 일정 간격의 종횡으로 형성하므로서 성형성이 양호하고 제조가 용이하게 되는 것이다. 그리고 페라이트 자성체로서는 NiZn 계나 MnZn 계 등의 것을 사용할 수 있으며, 소결형이 바람직하다.

도 1은 본 발명에 의한 전파흡수체의 사시도

도 2는 본 발명에 의한 전파흡수체의 평면도

도 3은 본 발명에 의한 전파흡수체의 측면도

도 4는 본 발명에 의한 전파흡수체의 합성용량 단위구조도

도 5는 도 4의 합성용량 모델도

도 6은 본 발명에 의한 전파흡수체의 합성인덕턴스 단위구조도

도 7은 도 6의 합성인덕턴스 모델도

도 8은 본 발명에 의한 전파흡수체의 흡수특성도

도 9는 기본적인 타일상 페라이트 전파흡수체의 측면도

도 10은 기본적인 타일상 페라이트 전파흡수체의 측면도

<도면의 주요부분에 사용된 부호의 설명>

M: 반사판 F: 페라이트 자성체 Cu: 단위구조

a: 절단원추기둥형 돌기의 간격

d,b: 절단원추기둥형 돌기의 상·하변 직경

h₁,h₂: 전파흡수체 각층의 높이

본 발명은 도 1 내지 도 3에 도시한 바와 같이 M은 반사판, F는 페라이트 자성체, Cu는 전파흡수층을 구성하는 단위구조(단위 셀)를 나타내며, 본 발명의 전파흡수층은 상기 단위구조(Cu)를 서로 접촉한 상태로 소요면적이 되도록 동일 평면상에 나란히 배치하여 구성하는 것이다.

본 발명은 반사판(M)위에 제 1 층인 타일상 페라이트 자성체를 배치하고, 상기 제 1 층위에 제 2 층인 절단원추기둥형 돌기상 페라이트 자성체를 동일간격(a)의 종횡으로 배치함과 아울러 제 1 층 및 제 2 층의 높이(h₁)(h₂)와 제 2 층의 상·하변의 직경(d)(b) 및 비투자율과 비유전율을 조절하여 등가 투자율 및 등가 유전율을 변화시킬 수 있도록 한 것이다.

본 발명의 제 1 층 및 제 2 층은 일체로 성형하여 제조하였으나 도면에서는 구분을 용이하게 하기 위하여 제 1 층 및 제 2 층을 분리하여 도시하였고, 또한 페라이트 자성체(F)의 단위구조(Cu)를 도 2의 가상선으로 도시하며, 그 단위구조(Cu)는 등가재료 정수계산 모델을 이용하여 도 4 및 도 6에 도시한 합성용량 및 합성인덕턴스 단위구조도를 만들 수 있으며, 제 2 층은 상변으로 갈수록 직경만 감소될 뿐 단면구조는 동일하므로 그 높이를 30개 이상의 단면층으로 등분한 변수(n)와 임의의 두께()를 도입하여서 등가 유전율(ε_eff) 및 등가 투자율(μ_eff)은 도 5 및 도 7의 합성용량 및 합성인덕턴스 모델도에 의하여 구할 수 있다.

본 발명의 제 1 층은 타일상으로 형성되어 있으므로 등가 유전율(ε_eff)은

ε_eff= ε_r(4)

이고, 등가 투자율(μ_eff)은 아래와 같다.

μ_eff= μ_r(5)상기 식 (4)(5)에서 ε_r은 비유전율이고, μ_r은 비투자율이다.

제 2 층은 도 5 및 도 7에 의하여 아래식과 같이 구할 수 있다.

(6)

(7)

실시예

페라이트 자성체(F)는 모두 NiZn 계 소결페라이트이고, 그 비유전율 ε_r= 14, 비투자율 μ_r= 2500 인 것을 사용하고, 제 1 층의 높이(h)는 7.2㎜, 제 2 층의 높이(h₂)는 35㎜이며, 제 2 층의 하변의 직경(b)은 8.5㎜, 상변의 직경(d)은 3.5㎜로 제조하였다.

본 실시예의 전파흡수 특성은 주지된 스트립 선로(특허 제 144802 호의 도면 제 31a 도 및 제 31b 도 참조)를 이용하여 제 2 층의 표면으로 부터 반사판 방향으로 수직 입사한 전파에 대하여 도 9와 같은 특성이 얻어졌으며, 20dB 이상의 전파 흡수능을 가지는 주파수 대역은 30㎒∼50㎓가 얻어졌다.

이상과 같이 본 발명은 반사판 위에 타일상 페라이트 자성체를 배치하고, 그 위에 일정 간격의 종횡으로 절단원추기둥형 돌기상 페라이트 자성체를 배치하므로서 페라이트 자성체의 제조조건 설정이 양호하기 때문에 저렴한 비용으로 제조할 수 있고, 또한 등가 투자율 및 등가 유전율의 변화를 소망하는 값으로 용이하게 제어할 수 있으므로 건물의 벽재용은 물론 특히 전파 암실용에 적합한 초광대역 전파흡수 특성을 발휘할 수 있는 것이다.

Claims (1)

1. 반사판위에 타일상 페라이트 자성체를 배치하고, 상기 타일상 페라이트 자성체 위에 동일 간격(a)의 종횡으로 절단원추기둥형 돌기상 페라이트 자성체를 배치함과 아울러 상기 절단원추기둥형 돌기상 페라이트 자성체의 간격(a)은 사용하는 전파의 파장보다 짧고, 상기 절단원추기둥형 돌기상 페라이트 자성체의 상·하변의 직경을 d 및 b, 타일상 페라이트 자성체의 높이를 h₁, 절단원추기둥형 돌기상 페라이트 자성체의 높이를 h₂라할때 d는 0 ＜ d ＜ b, b는 d ＜ b ＜ a, h₁은 4 mm ≤ h₁≤ 8 mm, h₂는 20 mm ≤ h₂≤ 65 mm 인것을 특징으로 한 광대역 페라이트 전파흡수체.