KR100850534B1 - 전자파 차폐 균일성을 향상시키기 위한 전자파 차폐셀 및이를 이용한 전자파 차폐 구조물 - Google Patents

Abstract

구조물 등에 균일하게 배치될 수 있어 전자파 차폐 신뢰성을 향상시킬 수 있는 전자파 차폐셀 및 이를 사용한 전자파 차폐 구조물이 개시되어 있다. 이를 위하여, 도전체를 포함하는 전자파 차폐 구조체; 및 상기 전자파 차폐 구조체와 결합하여 비중을 보정할 수 있는 충진재를 포함하는 전자파 차폐셀과 이를 포함한 전자파 차폐 구조물을 제공한다. 본 발명에 의한 전자파 차폐 구조셀은 전자파 차폐용 구조물에 균일하게 분포된다. 따라서 전자파 차폐 구조물의 위치에 따라 전자파 차폐 효능이 달라지는 것을 방지할 수 있어, 신뢰성있는 전자파 차폐용 건물 등을 시공할 수 있다. 결국 본 발명을 사용하면, 전자파 차폐가 요구되는 예를 들어, 각종 보안시설, 전자파 간섭에 의한 의료기기 오작동이 우려되는 의료시설, 각종 통신기기를 이용한 부정행위가 우려되는 각종 시험실 등에 신뢰성 있는 전자파 차폐시설을 제공할 수 있게 된다.

Description

전자파 차폐 균일성을 향상시키기 위한 전자파 차폐셀 및 이를 이용한 전자파 차폐 구조물{CELL FOR ENHANCING UNIFORMITY OF ELECTROMAGNETIC WAVES SHIELDING PROPERTY AND STRUCTURE FOR SHIELDING ELECTROMAGNETIC WAVES USING THE SAME}

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 전자파 차폐셀에 사용되는 전자파 차폐 구조체의 일 실시예를 설명하기 위한 사시도이다.

도 2는 도 1에 도시된 전자파 차폐 구조체의 회전에 따른 전자파 차폐 투과계수 특성을 나타낸 그래프이다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전자파 차폐셀에 사용되는 전자파 차폐 구조체의 다른 실시예를 설명하기 위한 사시도이다.

도 4는 도 3에 도시된 전자파 차폐 구조체의 전자파 차폐 특성을 나타내는 그래프이다.

도 5는 도 1에 도시된 전자파 차폐 구조체를 포함하는 전자파 차폐셀을 설명하시 위한 정면도이다.

도 6은 도 1에 도시된 전자파 차폐 구조체를 포함하는 전자파 차폐셀을 설명하시 위한 평면도이다.

도 7은 도 3에 도시된 전자파 차폐 구조체를 포함하는 차폐셀을 설명하기 위한 사시도이다.

도 8은 도 6에 도시된 전자파 차폐셀을 설명하기 위한 평면도이다.

도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 전자파 차폐 구조물을 설명하기 위한 단면도이다.

도 10은 전자파 차폐 성능이 없는 일반적인 구조물을 설명하기 위한 단면도이다.

도 11은 실시예 1에 따라 제조된 차폐셀의 실제 사진이다.

도 12는 실시예 1에 따라 제조된 차폐블록의 실제 사진이다.

도 13은 단일시료에 대한 전자파 차폐 특성을 측정하기 위한 측정지그를 나타낸 사시도이다.

도 14는 혼합시료에 대한 전자파 차폐 특성을 측정하기 위한 측정지그를 나타낸 사시도이다.

도 15는 실험예 2에서 사용된 차폐블록의 배열을 나타낸 사시도이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 간단한 설명 *

10 : 전자파 차폐 구조체 14, 16 : 한 쌍의 평판

12 : 지지대 20 : 충진재

30 : 차폐셀 250 : 페라이트

300 : 구조물 400 : 전자파 차폐 구조물

본 발명은 전자파 차폐할 수 있는 차폐셀 및 그 차폐셀을 포함하는 구조물에 관한 것으로, 보다 상세하게는 전자파 차폐의 균일성을 현저히 향상시킬 수 있는 전자파 차폐셀 및 그 차폐셀을 포함하는 구조물에 관한 것이다.

현재 전 세계적으로 모바일 단말기, 무선 네트워크 환경 등 다양한 멀티미디어 서비스 환경이 급격히 증가하며, 이에 따라 전자파에 의한 다양한 문제점이 대두되고 있다. 이러한 전자파에 의하여 정밀기기의 오작동 및 간섭 현상, 전력 설비의 지속적인 장애, 인체에 미치는 악영향, 정보기기에서의 개인정보 유출 등으로 인하여 엄청난 손실이 발생하고 있다. 현재 세계 각국은 전자파의 안전기준을 제정하여 규제하고 있으며 차폐재의 개발에 박차를 가하고 있다. 그러나 국내에서 전자파 차폐에 대한 연구는 2002년 후반에 본격적으로 시작하는 등 제도적인 장치뿐만 아니라 기술적인 연구가 부족한 실정이다. 따라서 현재 전자파 차폐재에 대한 연구의 중요성이 증가되고 있다.

전자파를 차폐하는 화학적인 차폐재는 크게 차폐용 도료, 차폐용 섬유, 기타 차폐재의 3 종으로 구분될 수 있다.

이러한 전자파 차폐재 중에서 차폐용 도료는 플라스틱 하우징 차폐도료, 전자파 차폐용 코팅제, 및 전자파 흡수/차폐용 무기도료 등이 포함된다.

플라스틱 하우징 차폐도료는 절연체인 플라스틱에 전도성이 우수한 물질의 차폐막을 형성하여 전자파 차폐 특성을 제공하는 특성을 지니고 있으나, 플라스틱을 기재로 사용하기 때문에 건축물의 구조체에 적용하는 것은 기술적으로 곤란하다. 전자파 차폐용 코팅제는 전도성 입자와 도료용 수지를 합성하여 형성되며, 차폐하고자 하는 곳에 도포되어 피막을 형성함으로서 전자파를 차폐하는 코팅제인데, 전자기기, 생활용품, 잡화류 등의 전자파 차폐에는 유리하다, 그러나, 가격이 매우 비싸서 건축이나 토목 분야에 적용하는 것은 경제적으로 곤란하다. 전자파 흡수/차폐용 무기도료는 전자파를 흡수하여 차폐하는 기능을 지닌 탄소, 자성체 분말이 포함된 무기도료인데, 도장 횟수에 따라 전자파 차폐율이 증가하는 특성을 지니고 있으므로 콘크리트와 같이 강도를 요구하는 자재에 적용하는 것은 한계가 있다.

또한, 차폐용 섬유에는 금속피막 형성 섬유, 구리화합물 고착 섬유, 전도성 수지 코팅 섬유, 금속박막 라미네이팅 섬유, 금속 합사 섬유, 탄소 펄프 섬유, 및 차폐용 한지 등이 포함된다.

금속피막 형성 섬유는 섬유 표면에 전도성 물질을 스퍼터링 또는 증착하여 금속피막이 형성된 섬유인데, 벽체, 기둥, 및 보 등과 같은 건축물의 구조체에 적용하는 것은 기술적으로 곤란하다. 구리화합물 고착 섬유는 각종 합성섬유에 구리를 첨가 고착하여 형성되는 섬유이며, 전도성 수지 코팅 섬유는 금속산화물, 카본블랙의 미립자와 접착제의 혼합물을 원사 표면에 코팅하여 형성되는 섬유인데, 상기 양 섬유 모두 차폐 기능이 부족하여 실용화가 곤란하다는 문제점이 있다. 금속박막 라미네이팅 섬유는 표면에 금속 박막을 피복하여 형성되는 섬유이며, 금속 합사 섬유는 면, 합성섬유 등의 일반 섬유와 금속 재질의 섬유를 합사하여 형성되는 섬유이다. 그러나, 상기 양 섬유 모두 차폐 기능은 우수하지만 섬유를 기재로 사용하기 때문에 건축물의 구조체에 적용하는 것은 기술적으로 곤란하다. 탄소 펄프 섬유는 물성이 유연하여 요철이 있는 부분의 시공이 용이하다는 특성이 있으나, 이것 역시 강도가 부족하여 건축물의 구조체에 적용하는 것은 기술적으로 곤란하다. 차폐용 한지는 닥나무 껍질 섬유와 탄소섬유로 제작되는 한지이며, 차폐 기능은 우수하지만 가격이 비싸서 건축물의 구조체에 적용하는 것은 경제적으로 곤란하다.

또한 차폐용 도료, 차폐용 섬유 이외에도 기타 차폐재로서 차폐 테이프, 전자파 차단 건재, 차폐 스크린, 및 차폐 유리 등이 포함된다.

차폐 테이프는 알루미늄 박막의 일 표면에 합성수지 필름이 형성되고 다른 표면에 접착제가 코팅되는 구성으로, 차폐 대상물의 표면에 부착하고 상기 합성수지 필름을 벗겨내어 차폐 기능을 제공하는 테이프이고, 전자파 차단 건재는 금속 박막의 일 표면에 접착제가 코팅되는 구성으로, 벽지의 표면에 부착하여 사용하는 건재인데, 테이프의 특성상 건축물의 구조체에 실제로 적용하는 것이 곤란하다. 차폐 스크린은 기재인 구리에 니켈과 주석을 합금하여 형성되는 차폐 스크린이고, 차폐 유리는 유리에 전도성이 우수한 금속 물질을 메시 형태로 혼용하여 구성되는 유리인데, 양 제품 모두 고가의 전자제품이나 특수 목적의 제품 등에 사용하는 것은 대단히 적합하지만, 가격이 비싸서 건축물의 구조체에 사용하는 것은 곤란하다.

결론적으로, 상술한 전자파 차폐재들은 건축물의 구조체에 적용하는 것은 제품 특성이 맞지 않거나, 시공 상의 어려움이 있거나, 또는 경제적인 문제로 인하여 대량 사용이 곤란하다는 문제점이 있다.

상기와 같은 화학적인 전자파 차폐재 이외에도, 건축물의 구조체인 콘크리트 슬라브에 주기적으로 돌출된 블록을 형성하고, 상기 슬라브에 일정한 간격으로 철근을 내장하여 전자파를 차폐 및 흡수하기 위한 물리적인 수단이 사용되고 있다.

이러한 물리적인 전자파 차폐 수단은 소음, 및 낮은 주파수의 전자파 차폐에는 유리하지만, 높은 주파수의 전자파를 차폐하기 위해서는 블록 구조를 미세하게 형성해야 하기 때문에, 주파수 선택 및 시공이 곤란하다는 문제점이 있다.

또한, 특정한 주파수의 전자파만을 차폐할 수 있고 광범위한 주파수 대역의 전자파를 차폐하는 것이 곤란하다는 문제점이 있다.

따라서, 건축 분야에 실제로 적용할 수 있는 전자파 차폐 수단 또는 방법에 대한 연구 개발이 활발하게 진행되고 있다.

예를 들면, 대한민국 공개특허공보 제 10-2005-28425 호(2005. 03. 23. 공개)에서는 2 개의 보드 사이에 무기질계 섬유망이 매입되고, 측변에 요입부와 요철부에 망사면이 형성되고, 그 내부에 충진재가 충진되어 구성되는 건축용 내화 패널이 개시되어 있다.

이러한 건축용 내화 패널은 무기질계 섬유망을 사용하여 전자파 차폐 기능과 내화 기능을 동시에 제공함으로서 내화 패널을 겸용한다는 특성을 지니고 있다. 그러나 무기질계 섬유망의 전자파 차폐 기능이 불충분하고, 특히 광범위한 주파수의 전자파를 차폐하는 것이 곤란하며, 가격이 비교적 고가이며, 건축물의 벽체나 천정 등의 구조재로서 사용할 수 없다는 문제점이 있다.

또한, 대한민국 공개특허공보 제 10-2003-34291 호(2003. 05. 09. 공개) 에서는 제철 과정에서 배출되는 슬래그와 전자파 차폐 물질을 복합화하여 전자파를 차폐하는 전자파 차폐재가 개시되어 있다.

이러한 전자파 차폐재는 제철 과정에서 배출되는 슬래그를 재활용할 수 잇다는 장점이 있으나, 광범위한 주파수의 전자파를 차폐하는 것이 곤란하고, 각종 물성이 불충분한 슬래그를 사용한다는 이유로 인하여 건축물의 벽체나 천정 등의 구조재로서 사용할 수 없다는 문제점이 있다.

또한, 대한민국 공개특허공보 제 10-2002-86025 호(2002. 11. 18. 공개)에서는 형틀 안에 아몰퍼스 합금을 격자 상으로 짜놓은 후 모르타르를 충진하고 성형하여 제조되는 아몰퍼스를 혼입한 건축용 복합 제품이 개시되어 있다.

이러한 아몰퍼스를 혼입한 건축용 복합 제품은 비교적 구조가 간단하고 가격이 저렴하다는 특성이 있으나, 광범위한 주파수의 전자파를 차폐하는 것이 곤란하며, 형틀 안에 모르타르를 충진하여 성형되기 때문에 강도 부족으로 인하여 건축물의 벽체나 천정 등의 구조재로서 사용할 수 없다는 문제점이 있다.

또한, 상술한 기존 기술의 경우 차폐재가 건축물 등에 균일하게 작용하지 못하거나, 건축물의 일부분에서 시간이 지남에 따라 탈리되는 문제점이 발생하는 경우, 건축물을 통과하는 전자파가 부분적으로 차폐되지 않을 수 있다. 따라서, 반영구적으로, 건물 전체에 균일한 차폐성능을 부여하여 차폐 신뢰성을 향상시키기 위한 기술이 요구된다.

따라서, 본 발명의 제1 목적은 전자파를 효과적으로 제거할 수 있을 뿐만 아니라, 구조물 등에 균일하게 배치될 수 있어 전자파 차폐 신뢰성을 향상시킬 수 있는 전자파 차폐셀을 제공하는 것이다.

본 발명의 제2 목적은 상기 전자파 차폐셀을 콘크리트 등을 재료로 하는 건축물 내에 혼합함으로써, 전자파를 효과적으로 차폐할 수 있는 전자파 차폐 구조물을 제공하는 것이다.

상술한 본 발명의 제1 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일실시예는 도전체를 포함하는 전자파 차폐 구조체; 및 상기 전자파 차폐 구조체와 결합하여 비중을 보정할 수 있는 충진재를 포함하는 전자파 차폐셀을 제공한다.

상술한 본 발명의 제2 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일실시예는 구조물; 및 상기 구조물과 혼합되어 상기 구조물을 통과하는 특정 주파수의 전자파를 차폐하고 도전체를 포함하는 전자파 차폐 구조체, 및 상기 구조물 내에 균일하게 배치되도록 하기 위하여 상기 전자파 차폐 구조체와 결합하여 비중을 보정할 수 있는 충진재를 포함하는 하나 이상의 전자파 차폐셀을 포함하는 전자파 차폐 구조물을 제공한다.

본 발명에 의한 전자파 차폐셀은 전자파를 차폐하는 구조체의 비중을 보정하는 충진재를 포함하고 있기 때문에, 전자파 차폐용 구조물에 균일하게 분포된다. 즉, 전자파 차폐구조체가 예를 들면, 콘크리트나 진흙과 같이 시공시 유동성을 가지는 구조물 내부에 지역적 편차 없이 균일하게 분포된다.

따라서 전자파 차폐 구조물의 위치에 따라 전자파 차폐 효능이 달라지는 것을 방지할 수 있어, 신뢰성있는 전자파 차폐용 건물 등을 시공할 수 있다. 이러한 전자파 차폐셀을 사용하여 건물 등을 시공하면 매우 간단하면서도 반영구적으로 일정 공간에 전자파를 차폐 할 수 있다. 또한, 상기 전자파 차폐셀에 포함되는 전자파 차폐 구조체의 구조를 변형하거나, 구조물 내에 포함되는 차폐셀의 밀도를 조절함으로써, 차폐하고자 하는 주파수의 전자파 등을 자유롭게 선택할 수 있다.

결국 본 발명을 사용하면, 전자파 차폐가 요구되는 예를 들어, 각종 보안시설, 전자파 간섭에 의한 의료기기 오작동이 우려되는 의료시설, 각종 통신기기를 이용한 부정행위가 우려되는 각종 시험실 등에 신뢰성 있는 전자파 차폐시설을 제공할 수 있게 된다.

이하, 본 발명의 전자파 차폐셀의 일 실시예를 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

본 발명의 일실시예에 의한 전자파 차폐셀은 전자파 차폐 구조체와 상기 전자파 차폐 구조체와 결합된 충진재(filler) 또는 매질을 포함한다.

먼저, 본 발명에 의한 전자파 차폐셀은 도체로 이루어진 전자파 차폐 구조체를 가진다. 상기 전자파 차폐 구조체는 해당 구조체를 통과하는 전자파를 차폐할 수 있는 구조이면 제한이 없다. 예를 들면, 인덕터(inductor)와 커패시터(capacitor)를 포함하여 특정한 주파수 대역의 전자파를 필터링할 수 있는 병렬공진기 구조일 수도 있다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 전자파 차폐셀에 사용되는 전자파 차폐 구조체의 일 실시예를 설명하기 위한 사시도이다. 도 1을 참조하면, 본 실시예에 의한 전자파 차폐 구조체(10)는 지지대(12)와 상기 지지대의 양단에 결합된 한 쌍의 평판(14, 16)을 가진다. 상기 지지대는 금속과 같은 도전체이고, 인덕터(inductor)로서 작용한다. 한편, 상기 전자파 차폐 구조체(10)는 상기 지지대(10)의 양단에 연결된 한 쌍의 평판(14, 16)을 가진다. 상기 한 쌍의 평판(14, 16) 역시 금속과 같은 도전체로서, 서로 대면하고 있으며, 커패시터(capacitor)로서 작용한다.

이와 같이 하나의 구조체 안에 서로 정반대의 주파수 특성을 보이는 인덕턴스(inductance) 성분과 커패시턴스(capacitance) 성분이 동시에 존재하므로, 특정한 주파수(f)에서 공진(resonance) 현상이 발생하고, 따라서 상기 구조체를 통과하는 특정 주파수를 제거하는 대역 저지 여파기(band stop filter)로서 작용한다.

여기서, 일반적으로, 공진주파수는 상기 대면하는 평판의 크기나 상기 지지대의 길이 등에 의해 결정되는 커패시턴스(C)와 인덕턴스(L)의 함수이므로, 평판(14, 16)의 크기 또는 상기 지지대(12)의 길이를 조절하면 특정한 주파수의 전자파만을 제거할 수 있는 소위 선택도(selectivity)를 조절할 수 있다. 즉, 이와 같이 본 실시예에 의한 전자파 차폐 구조체를 사용하면 제거하고자 하는 전자파의 주파수를 용이하게 선택할 수 있다.

상술한 바와 같이 평판의 크기를 조절하여 공진주파수를 결정할 수 있는데, 하기 표 1에서는 평판크기에 따른 공진주파수를 나타낸다.

[표 1]

구분	전자파 차폐 구조체의 크기	공진주파수(Resonance Frequency)
Type A		2.1GHz
Type B		2.08GHz
Type C		2.06GHz

상기 전자파 차폐 구조체(10)는 다양한 방법으로 제작될 수 있다. 예를 들면, 구리(Cu) 등의 금속 재질의 막대와 그 양단에 금속판을 용접 등의 방법으로 결합하여 제작할 수 있다.

한편, 상기 전자파 차폐 구조체는 2방(方) 구조이기 때문에, 각종 구조물 등에 배치되는 경우 일정한 방향성을 부여하기 어렵고 무작위로 배치되는 경우, 회전에 의하여 저지대역 특성이 열화되는 문제점이 발생한다.

도 2는 상기 도 1에 도시된 전자파 차폐 구조체의 회전에 따른 전자파 투과계수 특성을 나타낸 그래프이다. 도 2의 그래프에서 x 축은 주파수(frequency, Mhz)를 의미하고, y축은 S-파라미터(parameter)를 의미한다(이하의 그래프에서 동일). 상기 S-파라미터는 dB 스케일로 나타내며, 이는 주파수분포상에서 입력전압 대 출력전압의 비를 의미한다. 예를 들어 S21 이라하면, 1번 포트에서 입력한 전압과 2번 포트에서 출력된 전압의 비율을 의미한다. 즉 1번으로 입력된 전력이 2번포트로는 얼마나 출력되는가를 나타내는 수치이다.

상기 도 2를 참조하면, 상기 2방 구조의 전자파 차폐 구조체(10)가 90°회전하는 경우(θ=90°) 저지대역 특성이 나타나지 않는 문제점이 발생하며, 45°회전 하는 경우도 여파기로 역할을 할 수 없을 정도로 저지대역 특성이 열화되는 것을 확인할 수 있다.

이러한 방향성에 따른 교차편파특성을 개선하기 위해서는 상기 2방의 전자파 차폐 구조체가 2개 결합된 4방의 전자파 차폐 구조체나 x, y, z 축 방향으로 3개의 상기 전자파 차폐 구조체(병렬공진기)가 결합된 구조의 6방(方) 전자파 차폐 구조를 채택하는 것이 보다 바람직하다.

도 3은 본 발명에 의한 전자파 차폐 구조체의 다른 실시예를 설명하기 위한 사시도이다. 도 3을 참조하면, 본 실시예에 의한 6방 전자파 차폐 구조체(100)는 서로 수직으로 교차하여 연결된 세 개의 지지대(112, 122, 132)를 가진다. 또한, 상기 세 개의 지지대의 양단에 결합된 세 쌍의 평판(114, 116, 124, 126, 134, 136)을 가진다. 이러한 6방 전자파 차폐 구조체는 상기 도 1에서 제시한 2방의 전자파 차폐 구조체 3 개가 3차원적으로 결합된 것으로 이해할 수 있다. 즉, 3개의 병렬공진기가 x, y, z 각축 방향으로 작용하도록 결합되어 있어 교차편파특성이 개선될 수 있다.

도 4는 상기 6방 전자파 차폐 구조체(100)의 교차편파 특성을 나타내는 그래프이다. 도 4를 참조하면, 0°, 90° 에서는 완벽하게 저지대역 특성이 2.1GHz에서 같은 특성을 나타내었으며 45°에서는 공진주파수의 변화가 발생되지만 매우 양호한 저지대역 특성을 획득하므로 콘크리트 내부에 일정한 방향성 없이 혼합되어 배치되더라도 전자파 차폐 성능이 우수할 것으로 기대된다.

또한 본 실시예에 의한 전자파 차폐셀은 충진재를 포함한다. 충진재는 상기 전자파 차폐 구조체(10, 100)와 결합되어 상기 전체 전자파 차폐셀의 비중을 보정하는 역할을 한다. 이러한 충진재는 다양한 구조 및 재료로 형성될 수 있으며, 그 제조방법 또한 제한되지 않는다. 즉, 상기 충진재는 상기 전자파 차폐 구조체와 결합하여 상기 전자파 차폐셀이 구조물 내에서 균일한 배치를 가질 수 있는 비중 보정의 역할을 하는 것이면 가능하다.

도 5는 도 1에 도시된 2방 전자파 차폐 구조체와 이와 결합된 충진재를 포함하는 전자파 차폐셀을 설명하기 위한 정면도이고, 도 6은 이의 평면도이다.

도 5 및 도 6을 참조하면, 본 실시예에 의한 충진재(20)는 상기 전자파 차폐 구조체(10)와 결합하여 전체적으로 육면체 형상을 가지는 차폐셀(30)을 형성한다. 이러한 충진재(20)는 만약 상기 차폐셀(30)이 혼합되는 구조물이 콘크리트나 진흙이라면, 콘크리트니 진흙과 유사한 동일하거나 유사한 비중을 가지는 세라믹이나, 콘크리트, 진흙 등으로 상기 구조체(12, 14, 16) 사이를 채워넣어 제작할 수도 있다.

다른 한 가지 예로는 저온 동시소성 세라믹(Low Temperature Co-fired Ceramics: LTCC) 공정을 통하여 세라믹을 상기 충진재(20)로서 소성하고, 상기 평판(14, 16)으로 작용할 수 있는 도체 패턴을 형성하고, 상기 지지대(12)로 작용할 수 있는 비아(via)를 형성하는 것이다.

또한, 도 7은 도 3에 도시된 상기 2방 구조의 교차편파 특성을 개선하기 위한 6방 전자파 차폐 구조체와 이와 결합된 충진재를 포함하는 차폐셀을 설명하기 위한 사시도이고 도 8은 이의 평면도이다.

도 7 및 도 8을 참조하면, 본 실시예에 의한 충진재(150)는 상기 전자파 차폐 구조체(100)와 결합하여 전체적으로 육면체 형상을 가지는 차폐셀(200)을 형성한다. 이러한 충진재(150)는 만약 상기 차폐셀(200)이 혼합되는 구조물이 콘크리트라면, 콘크리트와 동일하거나 유사한 비중을 가지는 세라믹이나, 콘크리트 등으로 상기 전자파 차폐 구조체(100) 사이를 채워넣어 제작할 수도 있다. 상기 전자파 차폐 구조체(10, 100)는 전술한 바와 같이 우수한 전자파 차폐 성능을 나타낸다.

그러나 만약 상기 전자파 차폐 구조체가 구조물의 일부에 편중되어 존재한다면 전자파 차폐 구조체가 조밀한 부분을 통과하는 전자파는 차폐가 원활하지만, 반대로 전자파 차폐 구조체의 밀도가 낮은 부분을 통과하는 전자파는 차폐되지 않고 그대로 통과할 가능성이 높아진다. 이는 차폐 성능의 신뢰도에 치명적인 문제를 가져오게 된다.

구체적으로 예를 들어, 콘크리트로 된 건물을 시공할 때, 전자파 차폐 성능을 부여하고자 콘크리트에 상기 전자파 차폐 구조체를 혼합하여 벽체 등을 만드는 경우를 가정하자. 이 때, 시멘트, 골재, 상기 전자파 차폐 구조체와 물 등을 혼합한 콘크리트는 굳기 전에는 내부적으로 유동성이 있다.

따라서, 만약 상기 전자파 차폐 구조체의 비중이 상기 콘크리트 보다 크다면, 상기 전자파 차폐 구조체는 상기 콘크리트 구조체의 하부에 보다 밀집하여 존재할 것이고 따라서 벽체 상부를 통과하는 전자파는 통과할 가능성이 높아진다. 또한, 반대로 상기 전자파 차폐 구조체의 비중이 상기 콘크리트 보다 작다면, 상기 전자파 차폐 구조체는 상기 콘크리트 구조체의 상부에 보다 밀집하여 존재할 것이고 따라서 벽체 하부를 통과하는 전자파는 통과할 가능성이 높아진다.

이러한 상기 전자파 차폐 구조체의 불균일한 분포는 국부적인 전자파 차폐 성능을 저하시키는 문제 외에 건축물의 견고함이나 내구성에도 문제를 야기할 수 있다. 즉, 상기 전자파 차폐 구조체가 밀집된 부분에는 상대적으로 시멘트나 기타 골재가 부족할 것이므로 구조물의 견고성 등에 나쁜 영향을 미친다. 따라서 장기적으로 건물의 내구성을 저하시키는 원인이 될 수 있다.

그러나, 상기 전자파 차폐셀을 사용하고자 하는 구조물의 비중을 고려하여 상기 충진재를 선택하고, 이를 상기 전자파 차폐 구조체와 결합한 후 이를 상기 구조물 특히 유동성 있는 콘크리트 혼합물과 같이 사용하면 전자파 차폐 신뢰성이 우수한 전자파 차폐 구조물을 얻을 수 있다.

또한, 본 발명은 전자파 차폐 구조물을 제공한다.

도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 전자파 차폐 구조물을 설명하기 위한 단면도이고, 도 10은 전자파 차폐 성능이 없는 일반적인 구조물을 설명하기 위한 단면도이다.

도 9를 참조하면, 본 실시예에 의한 전자파 차폐 구조물(400)은 구조물(300) 및 구조물(300)과 혼합되어 존재하는 전자파 차폐셀(200)을 포함한다.

먼저 본 발명의 일시예에 의한 전자파 차폐 구조물(400)은 구조물(300)을 포함한다. 상기 구조물(300)은 일반적인 건축물을 의미한다. 특히, 그 내부에 상기 전자파 차폐셀(200)을 혼합할 수 있는 구조이면 된다. 구체적으로, 상기 전자파 차폐셀(200)을 혼합하여 시공할 수 있는 콘크리트나 진흙 구조물, 또는 상기 전자파 차폐셀(200)을 배열하여 고정시킬 수 있는 조립식 건축물, 나무나 합성 수지 등으로 이루어진 패널 등도 예로 들 수 있다. 또한, 상기 전자파 차폐셀(200)을 하나 이상 포함하는 벽돌과 유사한 형상의 블록을 제작하여 이를 벽돌처럼 쌓아서 전자파 차폐 구조물을 제작할 수도 있다.

그리고 본 발명의 일실시예에 의한 전자파 차폐 구조물(400)은 상술한 전자파 차폐셀(200)을 하나 이상 포함한다. 상기 전자파 차폐셀(200)은 상기 구조물(300)과 혼합되어 상기 구조물(300)을 통과하는 특정 주파수의 전자파를 차폐하고 도전체를 포함하는 전자파 차폐 구조체, 및 상기 구조물 내에 균일하게 배치되도록 하기 위하여 상기 전자파 차폐 구조체와 결합하여 비중을 보정할 수 있는 충진재를 포함한다.

이때, 상기 구조물(300)에 복수의 전자파 차폐셀이 포함되는 경우, 상기 복수의 전자파 차폐셀에 포함되는 상기 전자파 차폐 구조체의 평판 넓이나, 지지대의 길이를 서로 다르게 조절하여 두 종류 이상의 서로 다른 주파수의 전자파를 차폐하도록 하거나 차폐 대역을 조절할 수 있다.

또한, 선택적으로 상기 구조물(300)에 전자파 차폐 성능을 향상시키기 위하여 예를 들면, 정육면체, 또는 원통형 등의 페라이트 셀(250)을 건물 등의 일정한 부분 또는 전체에 더 추가할 수도 있다. 상기 페라이트 셀은 페라이트를 상기 형상으로 성형하여 만들 수 있는데, 페라이트의 화학식은 보통 M(FexOy)로 표현되고, M은 앞에서 언급된 원소들 중 그가 결합하는 금속을 나타낸다. 본 발명에서는 아철 산니켈(NiFe2O4), 아철산망간(MnFe2O4), 자철석(Fe(Fe2O4))을 사용할 수 있다.

이와 같이 전자파 차폐셀(200)을 구조물에 배치하면, 도 10의 구조물처럼 전자파 차폐셀을 배치하지 않는 건축물과는 달리 건축물 사방에서 들어오는 전자파를 효과적으로 차폐할 수 있다. 따라서, 전자파 차폐가 요구되는 예를 들어, 각종 보안시설, 전자파 간섭에 의한 의료기기 오작동이 우려되는 의료시설, 각종 통신기기를 이용한 부정행위가 우려되는 각종 시험실 등에 적용하면 원천적으로 전자파를 차단할 수 있게 된다.

이하의 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다. 단, 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것이지 이들만으로 한정하는 것은 아니다.

[실시예 1] - 2방 전자파 차폐셀을 포함하는 차폐 블록 제조

1) 차폐셀의 제조

비유전율이 7.8인 LTCC 공정을 이용하여, 인공골재 역할을 할 수 있는 세라믹을 소성하고 이에 커패시턴스 성분으로 작용하는 금속패턴과 인덕턴스 성분으로 작용하는 비아를 구리(Cu)를 이용하여 형성하였다. 이 때, 평판크기를 상기 [표 1]과 같이 조절하여 A, B, C 세 타입의 구조체(단위 셀)를 제작하였다. 도 11은 실제 제작된 차폐셀의 사진이다.

2) 차폐 블록의 제조

실제 콘크리트 구조물에 상기 차폐셀이 포함된 경우의 차폐 성능 등을 알아보기 위하여 상기 제조된 차폐셀이 배치된 차폐블록을 제조하였다. 구체적으로 가 로, 세로, 높이가 80mm, 40mm, 40mm 인 콘크리트 블록 내에 상술한 차폐셀을 포함시켜 차폐 블록을 제작하였다. 구체적인 차폐셀의 위치 및 개수는 하기 표 2에 나타내었고, 실제 제작된 차폐 블록은 도 12에 나타내었다.

[표 2]

[실험예 1]

1) 측정시스템

전자파 차폐 특성 측정을 위하여 1.7GHz ~ 2.6GHz인 WR-430 표준 도파관을 사용하였다. 구체적으로, WR-430 도파관의 가로 및 세로의 크기는

이었다. 또한, 도파관에 적용되는 콘크리트 시료는 측정 대역을 고려하여 가로 및 세로 크기가

의 크기를 갖는 지그(zig) 도파관내에 삽입할 수 있도록 크기를 제한하였다. 도 13은 단일시료에 대한 전자파 차폐 특성을 측정하기 위한 측정지그를 나타낸 사시도이고, 도 14는 혼합시료에 대한 전자파 차폐 특성을 측정하기 위한 측정지그를 나타낸 사시도이다. 상기 지그들은 커넥터(Connector), 도파관(Waveguide), 변이기(Transition)로 구성되어 있다.

도 14에 도시된 측정지그는 후술하는 실험예 2 내지 4의 혼합시료의 전자파 차폐특성을 시험하기 위하여 사용하였다.

측정 시스템은 분석기(Wiltron 360B Vector Network Analyzer)와 측정 지그를 커넥터(R-Band waveguide to coaxial connector)를 이용하여 연결하여 측정하도록 하였다. 상기 커넥터는 영국 Flann microwave 사의 08093-NF10 을 사용하였다. 또한, 상기 측정 지그는 구리를 이용하여 제작되었다.

2) 2방 전자파 차폐셀을 포함하는 차폐 블록의 단일시료의 차폐특성

상기 도 12에 도시된 단일시료 측정시스템을 이용하여, 상기 실시예 1에 의하여 제조된 차폐블록의 전자파 차폐 특성을 실험하여 그 결과 그래프를 후술하는 표 3에 나타내었다.

[표 3]

실시예	전자파 차폐특성 그래프
MB1	대역폭(-30dB 기준) : 약 215MHz
MB2	대역폭(-30dB 기준) : 약 270MHz
MB3	대역폭(-30dB 기준) : 약 170MHz

MB4	대역폭(-30dB 기준) : 약 425MHz M-B-4 :
MB5	대역폭(-30dB 기준) : 약 230MHz
MB6	대역폭(-30dB 기준) : 약 190MHz

MAB1	대역폭(-30dB) : 약 175MHz
MAC1	대역폭(-30dB 기준) : 약 310MHz
MBC1	대역폭(-30dB 기준) : 약 345MHz

MABC1

대역폭(-30dB 기준) : 약 200MHz

상기 표 3의 그래프에서 투과계수의 -20dB 이하는 전파의 전력 98% 이상을 차단하는 특성이 있음을 의미한다. 상기 표 3에 의하면 서로 다른 공진주파수를 가지는 차폐셀을 적당히 조합하거나, 차폐셀의 개수를 조절하여 차폐하고자 하는 전자파의 주파수를 선택하거나 대역폭을 조절할 수 있음을 확인할 수 있다.

[실험예 2]

- 2방 전자파 차폐셀을 포함하는 차폐 블록 혼합시료의 차폐특성

상기 실시예 1에 의하여 제조된 전자파 차폐 블록을 두개 이상 조합하여 이를 상술한 도 14에 도시된 혼합시료 측정지그에 투입하고 전자파 차폐 특성을 시험하였다. 이때, 차폐 블록은 도 15에 나타난 바와 같이 배열하였다.

예를 들어 실험예 2-1에서는 세 가지 경우에 대하여 실험하였다. 실시예 1에서 제작된 MB1, MB2, MB4, MB3의 4개의 차폐 블록을 y 축에서 봤을 때, 시계 방향으로 배치한 4개의 블록으로 이루어진 1열에 대하여 전자파 차폐 특성을 실험하고, 이어서, 동일한 배열의 차폐블록을 한 열 더 설치하여 즉 총 8개의 블록에 대 하여 측정하고, 마지막으로 3열 즉 1개의 차폐 블록의 포함하는 혼합시료에 대하여 측정하였다. 이때, 각 실험예 별 블록 배치와 실험조건은 표 4에, 각 실험예에 따른 측정결과는 하기 표 5에 나타내었다. 실험예 2-2 내지 2-16도 같은 방식으로 측정하여 그 결과를 표 5에 정리하였다.

[표 4]

[표 5]

[실시예 2]-페라이트 구조체를 포함한 차폐 블록의 제조

페라이트 구조체를 포함하는 차폐블록과 4방 또는 6방의 전자파 차폐셀을 함께 포함하는 구조물의 전자파 차폐 특성을 알아보기 위하여 먼저 페라이트 구조체를 포함하는 차폐블록을 제작하였다. 페라이트 차폐 구조체는 지름 6mm, 길이 1cm 의 원통형 구조체와 지름 5mm, 길이 2cm의 원통형 구조체 두 종류를 제작하고, 이를 하기 표 6에 나타낸 바와 같이 콘크리트 블록 내에 배치하였다.

[표 6]

실시예 2	블록 내의 페라이트 구조체의 배열상태
M-F-1
M-F-2
M-F-3

M-F-4
M-FL-1
M-FL-2

[실시예 3] 4방 및 6방 차폐셀을 포함하는 차폐 블록의 제조

4방의 전자파 차폐 구조체를 포함하는 차폐셀을 제작하고 이를 포함하는 차폐블록을 제작하였다. 구제척으로, 상술한 실시예 1의 표 2에 나타난 MB5 형태로 차폐블록을 제조하였다. 또한, 6방의 전자파 차폐 구조체를 포함하는 차폐셀을 제작하고, 이를 포함하는 차폐블록을 같은 방식으로 제작하였다.

[실험예 3]

상기 실시예 2, 3에서 제작된 페라이트 블록과 4방, 6방셀을 포함하는 차폐블록을 후술하는 표 7과 같이 배열한 후 상기 혼합시료 측정지그에서 전자파 차폐 특성을 측정하였다.

[표 7]

상기 4방 셀을 포함한 블록만을 네 개 배열한 실시예 3-1의 경우 공진주파수는 1.8640 GHz (-15.573 dB) 대역폭은 -15dB기준으로 90MHz를 나타내었다.

실험예 3-2의 경우, 제2열에 상기 실시에 2에 따른 페라이트 블록 M-F-1 과 M-F-2를 2개씩 배열한 것이다. 이때, 공진주파수는 1.8532GHz에서 공진하고 있으며 -20dB 기준 저지대역폭은 190MHz를 나타내었다. 따라서 4방 병렬 공진기 구조와 페라이트를 혼합하므로 저지대역 특성이 보다 넓어지는 것을 알 수 있으며 연구된 차폐 단위 셀의 보조적 역할로서 충분히 활용 될 수 있음을 알 수 있다.

실험예 3-3 의 경우, 실험예 3-2의 경우 보다 페라이트의 밀도를 증가 시켰다. 공진주파수는 1.8532GHz로 변화는 크게 없으며 -20dB 기준의 저지대역폭으로 220MHz의 대역폭을 가지므로 저지대역 특성이 페라이트 밀도 증가로 인하여 대역폭 이 증가함을 알 수 있다.

실험예 3-4의 경우 앞의 실험예 등 보다 페라이트 구조보다 길이가 긴 구조를 사용하였다. 공진주파수의 변화는 없으며 저지대역폭은 -20dB 기준으로 230MHz를 나타내었다.

실험예 3-5의 경우, 6방 구조의 차폐셀을 포함하는 블록만을 4개 사용하였다. 공진주파수는 1.8640 GHz (-18.175 dB) 대역폭은 -15dB기준으로 260MHz를 나타내었다.

실험예 3-6의 경우, 공진주파수는 1.8748GHz(-24.019dB)에서 공진하고 있으며 -20dB 기준 저지대역폭은 250MHz를 나타내었다. 페라이트 부설로 인하여 저지대역 특성이 보다 양호하게 개선되었다.

실험예 3-7의 경우, 공진주파수는 1.8748GHz(-24.019dB)에서 공진하고 있으며 -20dB 기준 저지대역폭은 270MHz를 나타내었다. 페라이트 부설로 인하여 저지대역 폭이 보다 양호하게 개선되었다.

실험예 3-8의 경우, 전술한 실험예들 보다 길이가 긴 구조의 페라이트를 사용하였다. 공진주파수의 변화는 없으며 저지대역폭은 -20dB 기준으로 295MHz를 나타내었다.

이상에서 여러 차폐셀들을 조합하여 실험한 결과, 유전체에 의한 손실은 약 -10dB로 측정되었으며 실험예 2-1, 2-2, 2-3의 비교결과 2-3이 가장 우수한 저지대역 특성을 나타내었으며 기존의 차폐제와 비교하였을 경우 -20dB 이상 저지대역 특 성을 나타내므로 매우 우수한 차폐재로 작용하는 것을 알 수 있다.

본 연구의 실험으로 한 블록 내에 단위 셀의 개수가 많을수록 우수한 차폐특성을 나타냄을 알 수 있으며 실험에 2-5, 2-6, 2-7의 비교결과는 2- 6의 경우가 가장 우수한 차폐특성을 나타내었다. 따라서 단위 셀 중에서 실시예 1에 의한 MB5, MB6, MAC1을 조합하므로 서로 다른 크기의 단위 셀과 혼합 배열할 경우 매우 넓은 대역의 저지대역 특성을 획득할 수 있음을 알 수 있다.

따라서 최종적으로 이 세 가지 셀들을 중심으로 배열하여 측정한 결과 실험예 2-12와 같은 조합이 가장 우수한 차폐특성을 나타내었다. 실험예 2-12의 경우, -30dB 기준의 저지대역폭이 무려 360MHz를 나타내며 기존의 차폐재보다 최소 -20dB 이상의 차폐 특성을 개선하였다.

따라서 단위 셀 각각의 서로 다른 공진 특성과 콘크리트 체적 내에 단위 셀의 혼합비와 단위 셀 혼화재가 함유된 콘크리트 두께를 조절하므로 원하는 공진주파수에서 -20dB이하의 양호한 저지대역폭을 확보할 수 있음을 알 수 있다.

교차 편파에 의한 차폐 특성의 열화를 개선할 수 있는 4방 및 6방구조의 차폐 단위 셀도 기존의 병렬 공진기 구조와 같은 양호한 저지대역 특성을 형성함을 알 수 있었으며 페라이트 구조를 혼용하여 사용하므로 차폐 대역의 개선 및 저지대역 특성의 개선을 향상 시킬 수 있음을 확인할 수 있었다.

본 발명에 의한 전자파 차폐 구조셀은 전자파를 차폐하는 구조체의 비중을 보정하는 충진재를 포함하고 있기 때문에, 전자파 차폐용 구조물에 균일하게 분포된다. 즉, 전자파 차폐구조체가 예를 들면, 콘크리트와 같이 시공시 유동성을 가지는 구조물 내부에 지역적 편차 없이 균일하게 분포된다.

따라서 전자파 차폐 구조물의 위치에 따라 전자파 차폐 효능이 달라지는 것을 방지할 수 있어, 신뢰성있는 전자파 차폐용 건물 등을 시공할 수 있다. 이러한 전자파 차폐셀을 사용하여 건물 등을 시공하면 매우 간단하면서도 반영구적으로 일정 공간에 전자파를 차폐 할 수 있다. 또한, 상기 전자파 차폐셀에 포함되는 전자파 차폐 구조체의 구조를 변형하거나, 구조물 내에 포함되는 차폐셀의 밀도를 조절함으로써, 차폐하고자 하는 주파수의 전자파 등을 자유롭게 조절할 수 있다.

결국 본 발명을 사용하면, 전자파 차폐가 요구되는 예를 들어, 각종 보안시설, 전자파 간섭에 의한 의료기기 오작동이 우려되는 의료시설, 각종 통신기기를 이용한 부정행위가 우려되는 각종 시험실 등에 신뢰성 있는 전자파 차폐시설을 제공할 수 있게 된다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (8)

1. 도전체를 포함하는 전자파 차폐 구조체; 및

   상기 전자파 차폐 구조체와 결합하여 비중을 보정할 수 있는 충진재를 포함하는 전자파 차폐셀.
2. 제1 항에 있어서, 상기 전자파 차폐 구조체가

   서로 수직으로 교차하며 연결된 세 개의 지지대; 및

   상기 세 개의 지지대 각각의 양단에 서로 대면하도록 연결된 세 쌍의 평판을 포함하는 것을 특징으로 하는 전자파 차폐셀.
3. 제2 항에 있어서, 상기 지지대의 길이 및 상기 평판의 크기를 조절하여 상기 차폐하는 전자파의 주파수를 선택하는 것을 특징으로 하는 전자파 차폐셀.
4. 제2 항에 있어서, 상기 충진재가

   상기 세 개의 지지대 및 상기 세 쌍의 평판에 의하여 형성된 공간을 충진하며 상기 전자파 차폐 구조체와 결합된 것을 특징으로 하는 전자파 차폐셀.
5. 제2 항에 있어서, 상기 충진재가 저온동시소성 세라믹(LTCC) 공정에 의하여 형성된 세라믹 육면체이고, 상기 전자파 차폐 구조체의 세 개의 지지대는 상기 세라믹 육면체를 관통하여 형성된 금속 비아이고, 상기 세쌍의 평판은 상기 세라믹 육면체의 각 면에 형성되어 상기 금속비아와 접촉하는 도전체 평판인 것을 특징으로 하는 전자파 차폐셀.
6. 구조물; 및

   상기 구조물과 혼합되어 상기 구조물을 통과하는 특정 주파수의 전자파를 차폐하고 도전체를 포함하는 전자파 차폐 구조체, 및 상기 구조물 내에 균일하게 배치되도록 하기 위하여 상기 전자파 차폐 구조체와 결합하여 비중을 보정할 수 있는 충진재를 포함하는 하나 이상의 전자파 차폐셀을 포함하는 전자파 차폐 구조물.
7. 제6 항에 있어서, 상기 구조물에 복수의 전자파 차폐셀이 포함되고, 상기 복수의 전자파 차폐셀이 두 종류 이상의 서로 다른 주파수의 전자파를 차폐하는 것을 특징으로 하는 전자파 차폐 구조물.
8. 제6 항에 있어서, 상기 구조물에 페라이트 셀이 더 포함되는 것을 특징으로 하는 전자파 차폐구조물.

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