KR101502452B1

KR101502452B1 - 구조물 내부에 적용 가능한 전파흡수체

Info

Publication number: KR101502452B1
Application number: KR20140111692A
Authority: KR
Inventors: 이원준; 주영식; 조창민
Original assignee: 국방과학연구소
Priority date: 2014-08-26
Filing date: 2014-08-26
Publication date: 2015-03-13

Abstract

본 발명의 구조물 내부에 적용 가능한 전파흡수체는 외부에서 입사되는 불요 전자기파가 반사되는 외부 표면을 형성한 군사용 스텔스 구조물(1)의 내부 면에 위치되고, 상기 불요 전자기파 흡수로 상기 구조물(1)의 반사에너지를 최소화하는 금속필름(Inner Skin)(11), 스페이서(Foam Core)(13), 저항 시트(Resistive Layer Sheet)(15)를 포함함으로써 전파흡수도료/재료 타입이면서도 외부로부터 입사되는 불요 전자기파 흡수가 스텔스 구조물의 내표면에서 이루어져 외부 환경으로부터 보호 받고, 특히 내환경성 요구도 완화와 함께 흡수체 설계 자유도가 증가되는 특징을 갖는다.

Description

구조물 내부에 적용 가능한 전파흡수체{EM wave absorber design applicable for the inside of a structure}

본 발명은 전파흡수체에 관한 것으로, 특히 유전체 구조물의 배면에 적용되어 전자기파 흡수능을 발현할 수 있는 구조물 내부에 적용 가능한 전파흡수체에 관한 것이다.

일반적으로 전자기파 흡수체는 대상물의 최외각 표면에 적용되어, 입사파에 최우선적으로 대응함으로써 외부에서 입사되는 불요 전자기파를 흡수한다. 그러므로, 전자기파 흡수체는 적의 레이더에 의한 탐지 가능성을 줄일 수 있는 군사용도의 스텔스 구조물에 적용된다.

이러한 스텔스 구조물은 전자기파 흡수 특성을 자체적으로 부여함이 바람직하지만, 현재 기술 수준에서는 기본적인 구조재료 물성에 영향을 주는 특수 재료의 첨가가 요구됨으로써 스텔스 구조물의 기계적 물성 저하가 발생되고, 특히 전파흡수특성 구현을 위해 필요 이상의 두께로 이루어지는 과잉구조부재가 적용될 수밖에 없다.

상기 기계적 물성 저하 및 과잉구조부재와 같은 현실적인 문제로 인해 전자기파 흡수체의 사용형태는 스텔스 구조물의 외표면에 부착되는 전자기파 흡수재료나 또는 스텔스 구조물의 외표면에 도포되는 전자기파 흡수도료 등으로 제한될 수밖에 없다.

실제적으로, 군사용도의 스텔스 구조물의 대부분은 전파흡수도료/재료가 외표면에 적용됨으로써 적의 레이더에 의한 탐지 가능성이 줄어든 스텔스 기능을 구현하고 있다.

국내특허공개 10-2012-0077584(2012년07월10일)

하지만, 전파흡수도료/재료는 금속체 구조물의 외표면에 도포되어, 입사 전자기파를 흡수하고 대상 구조물에서 반사되는 에너지를 최소화함으로써 필연적으로 외부 환경에 노출되고, 전파흡수특성 외에도 내부식성, 내충격, UV 저항성, 내수성과 같은 내환경성을 필요로 한다. 또한, 대상물에 부착되어 내환경성을 유지하기 위한 우수한 접착성능도 요구된다.

이로 인해, 전파흡수도료/재료는 내환경성 요구도로 인하여 전자기적 특성을 제한 받음으로써 흡수체 설계에 다양한 어려움이 동반될 수밖에 없다.

이에 상기와 같은 점을 감안한 본 발명은 전파흡수도료/재료 타입이면서도 외부로부터 입사되는 불요 전자기파 흡수가 스텔스 구조물의 내표면에서 이루어져 외부 환경으로부터 보호 받음으로써 내환경성 요구도 완화는 물론 흡수체 설계 자유도가 증가되는 구조물 내부에 적용 가능한 전파흡수체를 제공하는데 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구조물 내부에 적용 가능한 전파흡수체는 외부에서 입사되는 불요 전자기파가 반사되는 외부 표면을 형성한 군사용 스텔스 구조물의 내부 면에 위치되고, 상기 불요 전자기파 흡수로 상기 구조물의 반사에너지를 최소화하는 금속필름, 스페이서, 저항 시트가 포함된 것을 특징으로 한다.

상기 금속필름, 상기 스페이서, 상기 저항 시트가 위치된 상기 구조물의 내부면은 상기 구조물의 외부표면에 의해 외부 노출이 차단된다.

상기 저항 시트는 상기 구조물의 내부면에 접촉되고, 상기 스페이서는 상기 저항 시트가 상기 구조물의 내부면에 접촉되지 않은 면으로 위치되고, 상기 금속필름은 상기 스페이서가 상기 저항 시트에 접촉되지 않은 면으로 위치된다.

상기 저항 시트는 패치(patch)형태인 패치 저항 시트이고, 유전체 필름위에 도전성 잉크로 코팅된 저항 패턴으로 이루어진다. 상기 패치 저항 시트는 상기 스페이서에 위치되고, 상기 스페이서는 상기 패치 저항 시트가 접촉하지 않은 면으로 상기 금속필름을 위치시키며, 상기 패치 저항 시트는 상기 스페이서가 접촉하지 않은 면으로 상기 구조물의 내부면과 접촉한다.

상기 구조물은 비 전도성 재료이고, 하중지지용 유전체 구조물이다. 상기 구조물은 유리섬유/아라미드 강화 복합재료, 유리섬유강화 복합재료(Glass Fibre Reinforced Plastic), 쿼츠 복합재료 중 하나이다.

이러한 본 발명은 전파흡수도료/재료 타입이면서도 스텔스 구조물의 내표면에 적용됨으로써 구조물에 의하여 흡수체가 외부환경으로부터 보호받을 수 있으며, 기 설계된 구조물과는 상관없이 배면의 흡수체 설계방식에 따라 다양한 형태(협대역/광대역/주파수 선택적 흡수체)의 흡수특성 구현이 가능하다.

또한, 본 발명은 흡수체 자체의 수명이 연장되어, 유지보수에 있어서 장점이 있으며, 결과적으로 하중구조용 부재가 전자기파 흡수체와는 독립적으로 설계될 수 있고, 특히 하중 지지용으로 기 설계된 구조 부재를 기반으로 구조물의 두께 및 전자기적 특성(ex. 유전율/투자율 등)을 반영하여 배면의 전자기파 흡수체가 설계되므로, 독립적이고 효율적인 구조설계가 가능함과 동시에 흡수체의 설계자유도가 우수한 장점이 있다.

또한, 본 발명은 기존의 전자기파 흡수구조와는 달리 구조물의 내부면에 흡수체가 적용되는 형태이므로 경량 부착형 패치(patch) 형태로 제작 및 적용이 가능하다.

도 1은 본 발명에 따른 구조물 내부에 적용 가능한 전파흡수체의 구성도이고, 도 2는 본 발명에 따른 전파흡수체 패치가 배면에 적용된 전자기파 흡수구조체의 구성이며, 도 3은 본 발명에 따른 전파흡수체가 내부에 적용된 구조물의 전파흡수 성능 해석 및 측정결과 선도이다.

이하 본 발명의 실시예를 첨부된 예시도면을 참조로 상세히 설명하며, 이러한 실시예는 일례로서 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으므로, 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.

도 1은 본 실시예에 따른 구조물 내부에 적용 가능한 전파흡수체(1)의 구성을 나타낸다.

도시된 바와 같이, 상기 전파흡수체(10)는 금속필름(Inner Skin)(11), 스페이서(Foam Core)(13), 저항 시트(Resistive Layer Sheet)(15)로 구성되고, 구조물(1)에 적용된다.

상기 구조물(1)은 비 전도성 재료로서, 군사용도의 스텔스를 위한 하중지지용 유전체 구조물이다. 특히, 구조물(1)을 대기 접촉(또는 가스나 약품등의 접촉)되는 외부표면과 대기 접촉(또는 가스나 약품등의 접촉)되지 않는 내부표면으로 구분할 때, 상기 전파흡수체(10)는 금속필름(11)과 스페이서(13) 및 저항 시트(15)를 일체화시켜 구조물(1)의 내부표면에 적용한다. 이때, 상기 구조물(1)의 내부표면은 구조물(1)의 외부표면으로 완전히 밀폐됨으로써 외부 노출이 차단된다. 그러므로, 상기 금속필름(11)과 상기 스페이서(13) 및 상기 저항 시트(15)는 구조물(1)을 통과해 외부에서 입사되는 불요 전자기파 흡수 특성이 구현되고, 협대역/광대역/주파수의 선택적 흡수/차단체로 기능한다.

상기 금속필름(11)은 전자파 차폐로 전자파 투과가 불가한 고전도성 재질로 이루어진다. 상기 스페이서(13)는 비도전성유전체소재로 이루어진다. 상기 저항 시트(15)는 임의의 표면저항값을 갖는 전도성 재질로서, 일례로 폴리이미드 필름위에 카본잉크로 전면 코팅 또는 주기격자패턴으로 프린팅된 재질로 이루어진다. 그러므로, 상기 금속필름(11), 상기 스페이서(13), 상기 저항 시트(15)는 각각의 특성에 적합한 다양한 종류의 재질이 적용될 수 있다.

구체적으로, 상기 전파흡수체(10)의 적층구조는 금속필름(11)의 위로 스페이서(13)가 위치되고, 스페이서(13)의 위로 저항 시트(15)가 위치된다. 그러므로, 상기 전파흡수체(10)가 구조물(1)의 내부면에 부착되면, 저항 시트(15)가 구조물(1)의 내부면에 밀착되는 반면 상기 금속필름(11)은 스페이서(13)를 매개로 구조물(1)의 내부면에 접촉되지 않는다.

한편, 도 2는 도 1의 전파흡수체(10)가 이용된 전자기파 흡수구조체(20)의 예를 나타낸다.

도시된 바와 같이, 상기 전자기파 흡수구조체(20)는 구조물(1)과 전파흡수체 패치(10-1)로 구성된다.

상기 구조물(1)은 비 전도성 재료로서, 군사용도의 스텔스를 위한 하중지지용 유전체 구조물이다. 구체적으로, 구조물(1)은 유리섬유/아라미드 강화 복합재료, 유리섬유강화 복합재료(GFRP, Glass Fibre Reinforced Plastic), 쿼츠 복합재료 일 수 있다.

상기 전파흡수체 패치(10-1)는 금속필름(11), 스페이서(13), 패치 저항 시트(Patch Resistive Layer Sheet)(15-1)로 구성된다. 상기 금속필름(11) 및 상기 스페이서(13)는 도 1을 통해 기술된 금속필름(11) 및 스페이서(13)와 동일한 특성을 갖는다. 또한, 상기 패치 저항 시트(15-1)는 도 1을 통해 기술된 저항 시트(15)와 동일한 특성을 갖는다. 다만, 상기 패치 저항 시트(15-1)는 저항필름(15-1A)과 이 위에 카본 잉크로 코팅된 저항 패턴(15-1B)으로 이루어진 경량 부착형 패치(patch)형태로 제작됨으로써 구조물(1)의 내부면에 대한 적용성이 우수하다. 그러므로, 상기 전파흡수체 패치(10-1)는 구조물(1)을 대기 접촉(또는 가스나 약품등의 접촉)되는 외부표면과 대기 접촉(또는 가스나 약품등의 접촉)되지 않는 내부표면으로 구분할 때 구조물(1)의 내부표면에 적용되고, 패치 저항 시트(15-1)에 의한 편리한 부착성을 제공할 수 있다. 이때, 상기 구조물(1)의 내부면은 구조물(1)의 외부표면으로 완전히 밀폐됨으로써 외부 노출이 차단된다.

구체적으로, 상기 전파흡수체 패치(10-1)의 적층구조는 금속필름(11)의 위로 스페이서(13)가 위치되고, 스페이서(13)의 위로 패치 저항 시트(15-1)가 위치된다. 그러므로, 상기 전파흡수체 패치(10-1)가 구조물(1)의 내부면에 부착되면, 패치 저항 시트(15-1)가 구조물(1)의 내부면에 밀착되는 반면 상기 금속필름(11)은 스페이서(13)를 매개로 구조물(1)의 내부면에 접촉되지 않는다.

한편, 도 3은 구조물(1)과 도 1의 전파흡수체(10)로 구성되거나 또는 구조물(1)과 도 2의 전파흡수체 패치(10-1)로 구성된 전자기파 흡수구조체(20)에 대한 성능 해석 및 측정결과 예를 나타낸다.

구체적으로, 구조물(1)은 평판 형태를 이루는 유리섬유강화 복합재료이고, 금속필름(11)과 스페이서(13) 및 저항 시트(15)로 이루어진 전파흡수체(10)가 상기 구조물(1)의 배면(도 1,2에서 정의된 대기 접촉(또는 가스나 약품등의 접촉)되지 않는 내부표면)으로 부착된 경우이다.

또는, 구조물(1)은 평판 형태를 이루는 유리섬유강화 복합재료이고, 금속필름(11)과 스페이서(13) 및 패치 저항 시트(15-1)로 이루어진 전파흡수체 패치(10-1)가 상기 구조물(1)의 배면(도 1,2에서 정의된 대기 접촉(또는 가스나 약품등의 접촉)되지 않는 내부표면)으로 부착된 경우이다.

예시된 선도는 구조물(1)을 통과해 외부에서 입사되는 전자기파에 대한 전파흡수 특성을 분석 및 측정한 결과로서, 이러한 결과로부터 목표 주파수 대역에서 우수한 전파흡수 특성을 보이고 특히 흡수대역 또한 광대역임이 확인될 수 있다.

전술된 바와 같이, 본 실시예에 따른 전파흡수체는 외부에서 입사되는 불요 전자기파가 반사되는 외부 표면을 형성한 구조물(1)의 내부 면에 위치되고, 상기 불요 전자기파 흡수로 상기 구조물(1)의 반사에너지를 최소화하는 금속필름(Inner Skin)(11), 스페이서(Foam Core)(13), 저항 시트(Resistive Layer Sheet)(15)를 포함함으로써 전파흡수도료/재료 타입이면서도 외부로부터 입사되는 불요 전자기파 흡수가 스텔스 구조물의 내표면에서 이루어져 외부 환경으로부터 보호 받고, 특히 내환경성 요구도 완화와 함께 흡수체 설계 자유도가 증가된다.

1 : 구조물
10 : 전파흡수체 10-1 : 전파흡수체 패치
11 : 금속필름(Inner Skin)
13 : 스페이서(Foam Core)
15 : 저항 시트(Resistive Layer Sheet)
15-1 : 패치 저항 시트(Patch Resistive Layer Sheet)
15-1A : 저항필름 15-1B : 저항 패턴
20 : 전자기파흡수 구조체

Claims

외부에서 입사되는 불요 전자기파가 반사되는 외부 표면을 형성한 군사용 스텔스 구조물의 내부 면으로부터 저항 시트, 스페이서, 금속필름의 순서로 위치되고, 상기 저항 시트는 유전체 필름위에 도전성 잉크로 격자 패턴이 이루어진
것을 특징으로 하는 구조물 내부에 적용 가능한 전파흡수체.
청구항 1에 있어서, 상기 금속필름, 상기 스페이서, 상기 저항 시트가 위치된 상기 구조물의 내부면은 상기 구조물의 외부표면에 의해 외부 노출이 차단된 것을 특징으로 하는 구조물 내부에 적용 가능한 전파흡수체.
청구항 2에 있어서, 상기 저항 시트는 상기 구조물의 내부면에 접촉되고, 상기 스페이서는 상기 저항 시트가 상기 구조물의 내부면에 접촉되지 않은 면으로 위치되고, 상기 금속필름은 상기 스페이서가 상기 저항 시트에 접촉되지 않은 면으로 위치되는 것을 특징으로 하는 구조물 내부에 적용 가능한 전파흡수체.
청구항 1에 있어서, 상기 저항 시트는 패치(patch)형태인 패치 저항 시트인 것을 특징으로 하는 구조물 내부에 적용 가능한 전파흡수체.
삭제
청구항 4에 있어서, 상기 패치 저항 시트는 상기 스페이서에 위치되고, 상기 스페이서는 상기 패치 저항 시트가 접촉하지 않은 면으로 상기 금속필름을 위치시키며, 상기 패치 저항 시트는 상기 스페이서가 접촉하지 않은 면으로 상기 구조물의 내부면과 접촉하는 것을 특징으로 하는 구조물 내부에 적용 가능한 전파흡수체.
청구항 1에 있어서, 상기 구조물은 비 전도성 재료이고, 하중지지용 유전체 구조물인 것을 특징으로 하는 구조물 내부에 적용 가능한 전파흡수체.
청구항 7에 있어서, 상기 구조물은 유리섬유/아라미드 강화 복합재료, 유리섬유강화 복합재료(Glass Fibre Reinforced Plastic), 쿼츠 복합재료 중 하나인 것을 특징으로 하는 구조물 내부에 적용 가능한 전파흡수체.