KR101026951B1 - 페라이트 구조체 및 페라이트의 투자율 조정 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 소프트 페라이트(Soft Ferrite) 주변에 잔류 자화를 갖는 하드 페라이트(Hard Ferrite)를 배치하여 소프트 페라이트의 투자율을 원하는대로 조정할 수 있는 페라이트 구조체 및 페라이트의 투자율 조정 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따르면, 소프트 페라이트(Soft Ferrite), 및 상기 소프트 페라이트의 측방, 상부, 하부, 또는 상하부에 배치되며, 잔류 자화를 갖는 하드 페라이트(Hard Ferrite)를 포함하는 페라이트 구조체가 제공된다.
페라이트, 소프트 페라이트, 하드 페라이트, ferrite, 투자율, 자화, 자기모멘트

Description

페라이트 구조체 및 페라이트의 투자율 조정 방법{FERRITE STRUCTURE AND METHOD FOR ADJUSTING MAGNETIC PERMEABILITY OF FERRITE}
본 발명은 페라이트 구조체 및 페라이트의 투자율 조정 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 소프트 페라이트(Soft Ferrite) 주변에 잔류 자화를 갖는 하드 페라이트(Hard Ferrite)를 배치하여 소프트 페라이트의 투자율을 원하는대로 조정할 수 있는 페라이트 구조체 및 페라이트의 투자율 조정 방법에 관한 것이다.
페라이트(Ferrite)란 띠는 자성을 띠는 물질로서, 자성체로 불리기도 한다.
이러한 페라이트에 관한 연구는 주로 페라이트의 투자율 또는 유전율 등을 조절하는 방법에 대해 이루어져 왔다.
기존에는, 페라이트에 여타 다른 불순물, 예를 들면, SiO2, Al2O3 등을 집어넣어 투자율을 조절하는 방법을 이용하였었다.
그러나, 이러한 방법에 의하면, 불순물을 집어넣어 페라이트를 만든 다음에 는 페라이트의 특성을 변화시킬 수 없을 뿐만 아니라, 공정상의 실수로 원하는 투자율 또는 유전율을 얻지 못한 경우에는 이미 제조한 페라이트를 폐기해야하는 문제가 있었다.
또한, 페라이트에 다른 불순물을 집어넣는 방법은 공정상의 어려움이 있고, 고비용의 장비를 이용해야 하므로 수행이 까다로운 문제가 있었다.
따라서, 페라이트의 투자율 또는 유전율 등의 특성을 자유롭고 쉽게 조절할 수 있는 기술에 대한 개발이 시급한 실정이다.
본 발명은 상술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 소프트 페라이트의 주변에 잔류 자화를 갖는 하드 페라이트를 배치하는 것 만으로, 상기 소프트 페라이트의 투자율을 조절할 수 있게 함으로써, 페라이트의 투자율 등 그 특성의 조절을 용이하게 하는 데에 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 용이한 방법으로 특성 조절이 가능한 페라이트를 핸드폰 안테나 등에 적용함으로써, 안테나의 소형화와 더불어, 원하는 이득, 효율, 대역폭, 공진 주파수를 갖는 안테나의 설계를 가능하게 하는 데에 그 목적이 있다.
한편, 본 발명의 또 다른 목적은, 핸드폰 안테나에 적용할 시에 전자파를 차폐하여 인체를 보호하는 페라이트 구조체를 제공하는 것이다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시형태에 따르면, 소프트 페라이트(Soft Ferrite), 및 상기 소프트 페라이트의 측방에 배치되며, 잔류 자화를 갖는 하드 페라이트(Hard Ferrite)를 포함하는 페라이트 구조체가 제공된다.
상기 하드 페라이트는 상기 소프트 페라이트의 양측에 한 쌍으로 배치될 수 있다.
상기 하드 페라이트는 상기 소프트 페라이트와 접촉되거나 소정 거리 이격되어 배치될 수 있다.
또한, 상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 실시형태에 따르면, 소프트 페라이트, 및 상기 소프트 페라이트의 상부, 하부, 또는 상하부 모두에 배치되며, 잔류 자화를 갖는 하드 페라이트를 포함하는 페라이트 구조체가 제공된다.
상기 하드 페라이트는 상기 소프트 페라이트와 접촉되거나 소정 거리 이격되어 배치될 수 있다.
한편, 상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 실시형태에 따르면, 소프트 페라이트(Soft Ferrite)의 측방에 잔류 자화를 갖는 하드 페라이트(Hard Ferrite)를 배치하는 단계를 포함하는 페라이트의 투자율 조정 방법이 제공된다.
한편, 상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 실시형태에 따르면, 소프트 페라이트(Soft Ferrite)의 상부, 하부, 또는 상하부 모두에 잔류 자화를 갖는 하드 페라이트(Hard Ferrite)를 배치하는 단계를 포함하는 페라이트의 투자율 조정 방법이 제공된다.
본 발명에 따르면, 소프트 페라이트의 주변에 잔류 자화를 갖는 하드 페라이트를 배치하는 것만으로, 상기 소프트 페라이트의 투자율을 조절할 수 있고, 이에 따라 페라이트의 특성의 조절이 용이해진다.
또한, 본 발명에 따르면, 상기 방법으로 특성이 조절된 페라이트를 핸드폰 안테나에 적용시킴으로써, 원하는 대역폭, 효율, 공진 주파수를 갖는 안테나 설계가 가능함과 동시에 안테나를 소형화시킬 수 있다.
또한, 상기 특성이 조절된 페라이트를 핸드폰 안테나에 적용시키게 되면, 하드 페라이트에 의해 전자파 차폐 효과를 얻을 수 있게 되며, 이에 따라 전자파로부터 인체를 보호할 수 있다.
후술하는 본 발명에 대한 상세한 설명은, 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시예를 예시로서 도시하는 첨부 도면을 참조한다. 이들 실시예는 당업자가 본 발명을 실시할 수 있기에 충분하도록 상세히 설명된다. 본 발명의 다양한 실시예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 여기에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 일 실시예에 관련하여 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시예로 구현될 수 있다. 또한, 각각의 개시된 실시예 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치는 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있음이 이해되어야 한다. 따라서, 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로서 취하려는 것이 아니며, 본 발명의 범위는, 적절하게 설명된다면, 그 청구항들이 주장하는 것과 균등한 모든 범위와 더불어 첨부된 청구항에 의해서만 한정된다. 도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 기능을 지칭한다.
이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 하기 위하여, 본 발명의 바람직한 실시예들에 관하여 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
제1실시예
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 페라이트 구조체의 구성을 나타내는 사시도이다.
도 1에 도시되는 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 페라이트 구조체는 소프트 페라이트(Soft Ferrite; 110) 및 하드 페라이트(Hard Ferrite; 130)를 포함한다.
전술한 바와 같이, 페라이트란 자성을 띠는 산화철 화합물 등의 물질을 말한다. 이러한 페라이트는 자화되는 정도에 따라 소프트 페라이트와 하드 페라이트로 나눌 수 있다.
소프트 페라이트(110)는 약간의 자기장에 의해서도 빠른 자화 속도를 보이는 페라이트로서, 자화도가 금방 포화되는 특징을 갖는다. 이러한 점 때문에, 소프트 페라이트(110)의 잔류 자기를 없애거나 반전시키고자 할 때에도 약간의 자기장만을 걸어주면 된다.
소프트 페라이트(110)로는 망간-아연(Mn-Zn)계 페라이트, 니켈-아연(Ni-Zn)계 페라이트 등을 사용할 수 있다. 망간-아연계 페라이트는 초기 투자율(자기장의 침투율)과 포화 자속 밀도가 크지만 고유 전기 저항이 작으며, 니켈-아연계 페라이트는 초기 투자율과 포화 자속 밀도는 작은 대신 큰 고유 전기 저항을 갖는다.
한편, 하드 페라이트(130)는 보통의 페라이트로서 자석의 원료로 많이 사용되는 페라이트이다. 하드 페라이트(130)의 제조 과정을 간단히 설명하면 다음과 같다. 먼저, 스트론튬(Sr) 또는 바륨(Ba) 성분 등의 혼합물을 고온에서 가소결 한 후 분말 형태로 만들고나서, 틀에 넣고 본소결한다. 이 때, 상기 본소결 과정에서 자화의 방향을 정렬시키고, 강력한 자기장을 가하면 하드 페라이트가 완성된다.
하드 페라이트(130)는 상기 강력한 자기장에 의해 잔류 자화를 갖게 된다. 이러한 잔류 자기를 없애거나 반전시키고자 한다면, 현재의 자화 방향과는 반대 방향을 갖는 강한 역방향 자기장을 가해야 한다.
이렇게, 하드 페라이트(130)에 자기장을 가해주게 되면 그 특성상 잔류 자화가 많이 남게 되어 자석의 역할을 할 수가 있는데, 이를 소프트 페라이트(110)의 양측에 배치하면, 하드 페라이트(130)의 잔류 자화에 의해 소프트 페라이트(110)가 자화될 수 있다.
소프트 페라이트(110)의 자화 방향은 하드 페라이트(130)의 잔류 자화의 방향에 따라 달라질 수 있고, 소프트 페라이트(110)의 자기모멘트는 그 방향을 따라 한 방향으로 정렬된다.
일반적으로 페라이트의 투자율은 자기모멘트의 방향과 정렬 정도에 따라 결정된다.
체적 V의 페라이트에 포함되는 각 분자들의 자기모멘트를 m이라 하면, 그 내에 있는 총 자기모멘트는 벡터합 Σm이고, 자기강화도는
Figure 112008025495973-pat00001
으로 정의된다. 즉, 자기강화도는 단위 체적당 자기모멘트 값이다.
한편, 한 물질 내의 자기강화도 M은 자기강도 H와 그 물질의 성질에 의존되며, M = χmH 으로 표현되고, 여기서χm을 자화율이라 부른다.
또한, 투자율μ과 자화율 과의 관계는 μ = μ0(χm+ 1)으로 정의된다.
상기 수학식에서 볼 수 있는 바와 같이, 자화율χm 값에 비례하는 자기강화도 M이 클수록 투자율 μ은 커지게 되고, 자기강화도 M은 벡터합 Σm 에 비례하기 때문에, 자기모멘트의 벡터합이 클수록 페라이트의 투자율 μ이 커지게 된다.
즉, 페라이트의 자기모멘트의 방향이 한 방향으로 잘 정렬되어 있으면 자기모멘트의 벡터합이 커져 투자율 값이 높아지게 되는 것이며, 자기모멘트의 정렬을 방해하면 투자율 값이 낮아지게 된다.
이러한 원리에 의해 도 1의 하드 페라이트(130)의 잔류 자화 특성을 조절함으로써, 소프트 페라이트(110)의 투자율을 조절할 수 있는 것이다.
예를 들어, 높은 투자율을 갖는 소프트 페라이트(110)를 얻고 싶으면, 하드 페라이트(130)의 제조시에 강한 자기장을 걸어 잔류 자화를 강하게 함으로써, 소프트 페라이트(110)의 자기모멘트의 정렬 정도를 높일 수 있고, 이에 따라 소프트 페라이트(110)의 투자율이 높아지게 된다.
하드 페라이트(130)는 소프트 페라이트(110)의 측면에 배치될 수 있으며, 도 1에 도시되는 바와 같이, 소프트 페라이트(110)와 일정거리 이격된 상태로 배치될 수도 있으며, 소프트 페라이트(110)와 접촉되는 형태로 배치될 수도 있다. 하드 페라이트(130)의 위치는 얻고자 하는 소프트 페라이트(110)의 자기모멘트의 방향에 따라 적절히 선택될 수 있다.
도 1에 도시되는 바와 같이, 소프트 페라이트(110)의 양측에 하드 페라이 트(130)를 배치하면, 소프트 페라이트(110)의 자기모멘트는 도면상 x 방향으로 정렬되게 된다.
한편, 하드 페라이트(130)와 소프트 페라이트(110) 간의 거리는 소프트 페라이트(110)의 투자율 값에 영향을 줄 수 있다. 예를 들어, 하드 페라이트(130)가 소프트 페라이트(110)에 접촉되어 있으면, 이격된 상태보다 상대적으로 강한 자기장에 소프트 페라이트(110)에 걸리게 되어, 소프트 페라이트(110)의 투자율이 높아질 수 있을 것이다. 이러한 하드 페라이트(130)와 소프트 페라이트(110) 간의 거리는 얻고자 하는 자화율 값 또는 투자율의 값에 따라 적절히 선택될 수 있다.
한편, 하드 페라이트(130)는 전자파 차폐의 효과를 갖는다. 따라서, 도 1에 도시되는 바와 같은 페라이트 구조체를 이용하여 핸드폰 안테나 등을 구현하게 되면, 인체에 유해한 전자파가 차폐됨과 동시에 안테나의 성능을 향상시킬 수도 있다.
제2실시예
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 페라이트 구조체의 구성을 나타내는 사시도이다.
본 실시예에 따른 페라이트 구조체 역시, 소프트 페라이트(210) 및 하드 페라이트(230)를 포함한다.
도 2에서는 도 1에서와 달리, 소프트 페라이트(210)의 상부와 하부에 하드 페라이트(230)가 배치된다.
이 경우에는, 하드 페라이트(230)의 잔류 자화에 의해 소프트 페라이트(210) 의 자기모멘트가 도면상 y방향으로 형성되게 된다.
한편, 이 경우 역시, 하드 페라이트(230)의 잔류 자화 등 특성과 소프트 페라이트(110)와의 거리를 조절함으로써 소프트 페라이트(210)의 자기모멘트 정도를 조절할 수 있고, 이에 따라 소프트 페라이트(210)의 투자율을 원하는대로 조절할 수 있다.
또한, 하드 페라이트(230)는 도 1의 하드 페라이트(130)와 마찬가지로 전자파 차폐의 효과를 갖는다.
이러한 소프트 페라이트와 하드 페라이트를 포함하는 페라이트 구조체를 핸드폰 안테나 소자 등의 제조에 활용하게 되면, 페라이트의 투자율을 적절히 변환시킴으로써 원하는 대역폭, 효율, 공진 주파수를 갖는 안테나 설계가 가능함과 동시에 안테나를 소형화시킬 수 있다. 또한, 이와 함께, 전자파로부터 인체를 보호할 수 있는 안테나의 제조도 가능하다.
이상에서 본 발명이 구체적인 구성요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나, 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명이 상기 실시예들에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형을 꾀할 수 있다.
따라서, 본 발명의 사상은 상기 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등하게 또는 등가적으로 변형된 모든 것들은 본 발명의 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 페라이트 구조체의 구성을 나타내는 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 페라이트 구조체의 구성을 나타내는 사시도이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
110, 210: 소프트 페라이트
130, 230: 하드 페라이트

Claims (7)

  1. 소프트 페라이트(Soft Ferrite), 및
    상기 소프트 페라이트의 측방에 소정 거리 이격되어 배치되며, 잔류 자화를 갖는 하드 페라이트(Hard Ferrite)를 포함하고,
    상기 하드 페라이트의 잔류 자화에 의해 상기 소프트 페라이트의 자기모멘트의 정렬 정도가 높아져서 상기 소프트 페라이트의 투자율이 증가하되,
    상기 소프트 페라이트의 투자율은 상기 하드 페라이트의 잔류 자화 크기, 상기 소정 거리, 및 상기 소프트 페라이트에 대한 상기 하드 페라이트의 배치 위치에 의해 정해지는 페라이트 구조체.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 하드 페라이트는 상기 소프트 페라이트의 양측에 한쌍으로 배치되는, 페라이트 구조체.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 하드 페라이트는 상기 소프트 페라이트의 상하부에 한쌍으로 배치되는, 페라이트 구조체.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 삭제
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