KR101567260B1 - 다층구조의 메타물질 흡수체 - Google Patents

다층구조의 메타물질 흡수체 Download PDF

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Abstract

본 발명은 메타물질 흡수체에 관한 것으로, 본 발명의 일 양상에 따른 메타물질 구조체는 전파가 입사되는 제1 기판 및 상기 제1 기판의 상면에 전파의 입사 방향에서 볼 때 대칭인 폐 도형 형상으로 마련되는 제1 도체 패턴을 포함하는 제1 기판층; 및 상기 제1 기판층의 하부에 제공되는 제2 기판, 상기 제1 도체 패턴에 대응되는 형상으로 상기 제2 기판의 상면에 마련되는 제1 패턴부와 상기 제1 패턴부의 중심점으로부터 서로 방사 대칭을 이루면서 연장되는 복수의 라인 형상으로 상기 제2 기판의 상면에 마련되는 제2 패턴부를 포함하는 제2 도체 패턴, 상기 복수의 라인 형상 각각의 외측 단부에 전기적으로 연결되고 상기 제2 기판을 관통하도록 형성되는 복수의 비아홀 및 상기 복수의 비아홀로부터 미엔더 선로(Meander line) 형상으로 연장되고 서로 대칭을 이루도록 상기 제2 기판의 하면에 마련되는 복수의 제3 도체 패턴을 포함하는 제2 기판층을 포함할 수 있다.

Description

다층구조의 메타물질 흡수체{MULTI-LAYERED METAMATERIAL ABSORBER}
본 발명은 메타물질 흡수체에 관한 것으로, 보다 상세하게는 다층의 구조로 제공되어 입사각도 및 입사 편파에 의한 영향이 저감되는 메타물질 흡수체에 관한 것이다.
전자파 흡수체는 표면에 입사되는 전자파를 흡수하여 열로 소모함으로써 반사되거나 투과되는 전자파를 크게 감소 시키는 장치로 전자파 차단 등의 용도로 사용되고 있다.
기존의 전자파 흡수체는 주로 페라이트 물질과 같은 혼합 물질에 기반하였으나, 이러한 전자파 흡수체는 부피가 크고, 무거우며, 비싸다는 단점이 있다. 따라서, 최근에는 메타물질을 이용한 전자파 흡수체가 활발히 연구되고 있는 추세이다. 메타물질은 자연적으로 존재할 수 없는 전자기적 특정을 인공적으로 구현하는 것으로, 메타물질 흡수체는 메타물질을 이용하여 전자파 흡수체를 구현한 것이다.
그러나, 종래의 전자파 흡수체의 단점을 개선하기 위하여 메타물질을 적용한 메타물질 흡수체가 구현되어 왔으나, 종래의 메타물질 흡수체는 입사 편파 및 입사각도에 따른 성능변화가 고려되지 않았다.
본 발명의 일 과제는 입사각도 및 입사 편파에 의한 영향이 저감되어 전파의 입사 각도 전 방향에 대하여 고른 흡수율을 유지하는 메타물질 흡수체를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 일 과제는 다층구조의 도체패턴들을 사용함으로써, 소형화 된 메타물질 흡수체를 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제가 상술한 과제로 제한되는 것은 아니며, 언급되지 아니한 과제들은 본 명세서 및 첨부된 도면으로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다
본 발명의 일 양상에 따르면, 전파가 입사되는 제1 기판 및 상기 제1 기판의 상면에 전파의 입사 방향에서 볼 때 대칭인 폐 도형 형상으로 마련되는 제1 도체 패턴을 포함하는 제1 기판층; 및 상기 제1 기판층의 하부에 제공되는 제2 기판, 상기 제1 도체 패턴에 대응되는 형상으로 상기 제2 기판의 상면에 마련되는 제1 패턴부와 상기 제1 패턴부의 중심점으로부터 서로 방사 대칭을 이루면서 연장되는 복수의 라인 형상으로 상기 제2 기판의 상면에 마련되는 제2 패턴부를 포함하는 제2 도체 패턴, 상기 복수의 라인 형상 각각의 외측 단부에 전기적으로 연결되고 상기 제2 기판을 관통하도록 형성되는 복수의 비아홀 및 상기 복수의 비아홀로부터 미엔더 선로(Meander Line) 형상으로 연장되고 서로 대칭을 이루도록 상기 제2 기판의 하면에 마련되는 복수의 제3 도체 패턴을 포함하는 제2 기판층을 포함하는 메타물질 흡수체가 제공될 수 있다.
본 발명의 다른 양상에 따르면, 미리 정해진 2차원 배열에 따라 제공되는 다층 구조의 메타물질로 제공되는 복수의 유닛셀; 및 상기 유닛셀 하부에 제공되어 투과파를 방지하는 하부 커버;를 포함하되, 상기 유닛셀은, 전파가 입사되는 제1 기판 및 상기 제1 기판의 상면에 전파의 입사 방향에서 볼 때 대칭인 폐 도형 형상으로 마련되는 제1 도체 패턴을 포함하는 제1 기판층 및 상기 제1 기판층의 하부에 제공되는 제2 기판, 상기 제1 도체 패턴에 대응되는 형상으로 상기 제2 기판의 상면에 마련되는 제1 패턴부와 상기 제1 패턴부의 중심점으로부터 서로 방사 대칭을 이루면서 연장되는 복수의 라인 형상으로 상기 제2 기판의 상면에 마련되는 제2 패턴부를 포함하는 제2 도체 패턴, 상기 복수의 라인 형상 각각의 외측 단부에 전기적으로 연결되고 상기 제2 기판을 관통하도록 형성되는 복수의 비아홀 및 상기 복수의 비아홀로부터 미엔더 선로 형상으로 연장되고 서로 대칭을 이루도록 상기 제2 기판의 하면에 마련되는 복수의 제3 도체 패턴을 포함하는 제2 기판을 포함하는 메타물질 흡수체가 제공될 수 있다.
본 발명의 과제의 해결 수단이 상술한 해결 수단들로 제한되는 것은 아니며, 언급되지 아니한 해결 수단들은 본 명세서 및 첨부된 도면으로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명에 따르면 메타물질 흡수체 단위셀의 도체패턴들을 다층구조로 형성하고 비아홀로 연결함으로써, 소형화가 가능한 효과가 발생한다.
또한 본 발명에 따르면, 모든 축에 대해 대칭적인 구조인 단위셀을 구현함으로써, 편파 둔감성을 갖는 효과가 발생한다.
또한 본 발명에 따르면, 다층구조를 이용하여 추가적인 L, C값을 구현함으로써, 입사각도 둔감 특정을 갖는 효과가 발생한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 메타물질 흡수체의 개략도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 유닛셀의 분해 사시도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 제1 기판층의 평면도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 제2 기판층의 상면도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 제2기판층의 하면도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 메타물질 흡수체의 편파에 따른 반사계수 측정 실험 결과를 나타내는 그래프이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 메타물질 흡수체의 입사각에 따른 반사계수 측정 실험 결과를 나타내는 그래프이다.
도 8은 본 발명의 변형예에 따른 메타물질 흡수체의 사시도이다.
본 발명의 상술한 목적, 특징들 및 장점은 첨부된 도면과 관련된 다음의 상세한 설명을 통해 보다 분명해질 것이다. 다만, 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예들을 가질 수 있는 바, 이하에서는 특정 실시예들을 도면에 예시하고 이를 상세히 설명하고자 한다.
도면들에 있어서, 층 및 영역들의 두께는 명확성을 기하기 위하여 과장되어진 것이며, 또한, 구성요소(element) 또는 층이 다른 구성요소 또는 층의 "위(on)" 또는 "상(on)"으로 지칭되는 것은 다른 구성요소 또는 층의 바로 위 뿐만 아니라 중간에 다른 층 또는 다른 구성요소를 개재한 경우를 모두 포함한다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 원칙적으로 동일한 구성요소들을 나타낸다. 또한, 각 실시예의 도면에 나타나는 동일한 사상의 범위 내의 기능이 동일한 구성요소는 동일한 참조부호를 사용하여 설명한다.
본 발명과 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 본 명세서의 설명 과정에서 이용되는 숫자(예를 들어, 제1, 제2 등)는 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구분하기 위한 식별기호에 불과하다.
이하, 본 발명과 관련된 전자기기에 대하여 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다.
본 발명의 일 양상에 따르면, 전파가 입사되는 제1 기판 및 상기 제1 기판의 상면에 전파의 입사 방향에서 볼 때 대칭인 폐 도형 형상으로 마련되는 제1 도체 패턴을 포함하는 제1 기판층; 및 상기 제1 기판층의 하부에 제공되는 제2 기판, 상기 제1 도체 패턴에 대응되는 형상으로 상기 제2 기판의 상면에 마련되는 제1 패턴부와 상기 제1 패턴부의 중심점으로부터 서로 방사 대칭을 이루면서 연장되는 복수의 라인 형상으로 상기 제2 기판의 상면에 마련되는 제2 패턴부를 포함하는 제2 도체 패턴, 상기 복수의 라인 형상 각각의 외측 단부에 전기적으로 연결되고 상기 제2 기판을 관통하도록 형성되는 복수의 비아홀 및 상기 복수의 비아홀로부터 미엔더 선로(Meander line) 형상으로 연장되고 서로 대칭을 이루도록 상기 제2 기판의 하면에 마련되는 복수의 제3 도체 패턴을 포함하는 제2 기판층을 포함하는 메타물질 흡수체가 제공될 수 있다.
또 상기 제1 도체 패턴 및 제2 도체 패턴 중 적어도 하나에는 정전용량을 증가시키는 슬릿 구조가 형성될 수 있다.
또 상기 제2 기판의 하부에 배치되어 투과파를 방지하는 제3 기판;을 더 포함할 수 있다.
또 상기 제1 도체 패턴, 제2 도체 패턴 및 제3 도체 패턴은 상기 전파의 입사 방향에서 볼 때 대칭 구조로 형성됨에 따라 상기 전파의 편파 특정을 저감시키는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 다른 양상에 따르면, 미리 정해진 2차원 배열에 따라 제공되는 다층 구조의 메타물질로 제공되는 복수의 유닛셀; 및 상기 유닛셀 하부에 제공되어 투과파를 방지하는 하부 커버;를 포함하되, 상기 유닛셀은, 전파가 입사되는 제1 기판 및 상기 제1 기판의 상면에 전파의 입사 방향에서 볼 때 대칭인 폐 도형 형상으로 마련되는 제1 도체 패턴을 포함하는 제1 기판층 및 상기 제1 기판층의 하부에 제공되는 제2 기판, 상기 제1 도체 패턴에 대응되는 형상으로 상기 제2 기판의 상면에 마련되는 제1 패턴부와 상기 제1 패턴부의 중심점으로부터 서로 방사 대칭을 이루면서 연장되는 복수의 라인 형상으로 상기 제2 기판의 상면에 마련되는 제2 패턴부를 포함하는 제2 도체 패턴, 상기 복수의 라인 형상 각각의 외측 단부에 전기적으로 연결되고 상기 제2 기판을 관통하도록 형성되는 복수의 비아홀 및 상기 복수의 비아홀로부터 미엔더 선로 형상으로 연장되고 서로 대칭을 이루도록 상기 제2 기판의 하면에 마련되는 복수의 제3 도체 패턴을 포함하는 제2 기판을 포함하는 메타물질 흡수체가 제공될 수 있다.
이하에서는 본 발명의 실시예에 따른 메타물질 흡수체에 관하여 설명한다. 여기서, 메타물질이란 금속이나 유전물질 등을 주기적인 배열로 구성하여 자연적으로 존재할 수 없는 전자기적 특성을 인공적으로 구현하기 위한 인공적인 구조 또는 형상을 의미한다. 메타물질의 전자적인 특성은 사용되는 금속이나 유전물질 등의 물질조성 보다 구조적인 요소에서 얻어지는 것으로, 본 발명의 메타물질 흡수체에 사용되는 공진기를 구성하는 물질에 한정을 하지 않는다.
이하에서는 도 1을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 메타물질 흡수체(1)에 대하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 메타물질 흡수체(1)의 개략도이다.
도 1을 참조하면, 메타물질 흡수체(1)는 하나 또는 복수의 유닛셀(10)로 제공될 수 있다. 메타물질 흡수체(1)가 하나의 유닛셀(10)의 유닛셀(10)로 제공되는 경우, 메타물질 흡수체(1)는 판 형상의 단일 유닛셀(10)로 제공될 수 있다. 또한, 메타물질 흡수체(1)가 복수의 유닛셀(10)로 제공되는 경우, 메타물질 흡수체(1)는 복수의 유닛셀(1)의 배열로 제공될 수 있다. 예를 들어, 도 1에 도시된 바와 같이, 메타물질 흡수체(1)는 유닛셀(10)이 6개의 행과 6개의 열의 배열로 제공될 수 있다.
예시로 설명된 메타물질 흡수체(1)는 설명의 편의를 위한 예시일 뿐이며, 사용자의 선택에 의해서 보다 많거나 적은 유닛셀(10)의 배열을 갖는 메타물질 흡수체(1)가 제공될 수 있다.
이하에서는 도 2 내지 5를 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 유닛셀(10)에 대하여 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 유닛셀(10)의 분해 사시도이다.
도 2를 참조하면, 유닛셀(10)은 제1 기판층(100), 제2 기판층(200) 및 제3 기판층(300)을 포함할 수 있다.
제1 기판층(100), 제2 기판층(200) 및 제3 기판층(300)은 전파가 입사되는 방향으로부터 제1 기판층(100), 제2 기판층(200) 및 제3 기판층(300)의 순으로 적층될 수 있다. 제1 기판층(100), 제2 기판층(200) 및 제3 기판층(300)의 적층 순서는 상술한 실시예에 따른 예시적인 순서이며, 사용자의 선택에 따라서 그 적층 순서에 한정되지 않고 제공할 수 있다.
제1 기판층(100)은 전파가 입사되는 상면을 제공하고, 제2 기판층(200)은 도체 패턴으로 구현되는 분할 링 공진기(Split Ring Resonator, SRR)을 포함하여 공진주파수를 제공하고, 제3 기판층(300)은 투과파를 방지할 수 있다.
제1 기판층(100)은 제1 기판(101) 및 제1 도체 패턴(110)을 포함할 수 있다.
제1 기판층(100)은 유닛셀(1)의 상면을 제공할 수 있다. 여기서, 상면은 전파가 입사되는 면을 말하며, 제1 기판층(100)은 유닛셀(1)에 전파가 입사되는 상면을 제공할 수 있다.
제1 기판(101)은 제1 기판층(100)의 몸체를 구성할 수 있다. 제1 기판(101)은 제1 도체 패턴(110)이 형성되는 몸체를 제공할 수 있으며, 제1 도체 패턴(100)과 제2 기판층(200)의 제2 도체 패턴(210)이 이격되도록 할 수 있다.
제2 기판층(200)은 제2 기판(201), 제2 도체 패턴(210), 제3 도체 패턴(230) 및 비아홀(250)을 포함할 수 있다. 제2 기판층(200)은 제1 기판층(100)의 일면에 접하여 제공될 수 있다. 예를 들어 제2 기판층(200)은 제1 기판층(100)의 하면에 접하여 제1 기판층(100)의 하부에 제공될 수 있다.
제2 기판층(200)은 제2 기판(201)상에 제공되는 제2 도체 패턴(210) 및 제3 도체 패턴(230)과 제2 기판(201)을 관통하여 형성되는 비아홀(250)로 구현되는 링 분할 공진기를 포함할 수 있다. 제2 기판층(200)에 포함된 링 분할 공진기는 메타물질 흡수체의 공진 주파수를 제공하여 유닛셀(10)에 입사되는 전자기적 신호의 공진을 유도할 수 있다
제3 기판층(300)은 유닛셀의(10)의 하부에 제공되어 유닛셀(10)에 입사되는 전자기적 신호의 투과파를 방지할 수 있다.
제3 기판층(300)은 투과파를 방지하기 위하여 구리, 금, 알루미늄, 청동, 카본 등으로 제공될 수 있다. 일반적으로 제3 기판층(300)은 판 형상의 구리 재질로 제공될 수 있으나, 사용자의 선택에 따라서 구리 테이프 형태로 제공될 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 제1 기판층(100)의 평면도이다.
도 3을 참조하면, 제1 기판층(100)은 제1 기판(101) 및 제1 도체 패턴(110)을 포함할 수 있다. 제1 기판(100)은 제1 도체 패턴(110)이 형성되는 베이스를 제공하고, 제1 도체 패턴(110)과 제2 도체 패턴(210)이 이격되도록 할 수 있으며, 제1 기판(100)에 의하여 제1 도체 패턴(110)과 제2 도체 패턴(210)이 이격됨으로써, 커패시터를 형성할 수 있다. 또한, 제1 도체 패턴(110)은 유닛셀(10)로 입사되는 전자기적 신호를 입력 받을 수 있다.
제1 기판(101)은 유전율을 갖는 유전체 기판으로 제공될 수 있다. 제1 기판(101)의 유전체는 폴리에스테르(Polyester), 에폭시(Epoxy), 실리콘(Silicone), 테플론(Teflon) 등일 수 있으며, 제1 기판(101)은 일반적으로 FR4 기판으로 제공될 수 있으나, 이에 한정하는 것은 아니다. 즉, 제1 기판(101)은 사용자의 선택에 따라서 유전율을 갖는 다양한 종류의 유전체 기판으로 제공될 수 있으며, FR4 기판뿐만 아니라 다양한 형태의 기판으로 제공될 수 있다.
제1 도체 패턴(110)은 제1 기판(101) 상에 제공될 수 있으며, 일반적으로 제1기판(101)의 상면(101a)에 제공될 수 있다.
제1 도체 패턴(110)은 폐 도형의 형상을 포함할 수 있다. 폐 도형의 형상은 원의 형상이나, 다각형의 형상일 수 있다. 제1 도체 패턴(110)은 폐 도형의 형상을 포함하여 전파의 입사방향에서 볼 때 대칭인 형상으로 제공될 수 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 제1 도체 패턴(110)은 전파의 입사방향에서 볼 때 대칭인 원의 형상으로 제공될 수 있다.
제1 도체 패턴(110)은 유닛셀(10)의 정전용량을 증가시키기 위한 슬릿(Slit) 구조가 형성될 수 있다. 예를 들어, 제1 도체 패턴(110)의 원의 형상 일 때, 제1 도체 패턴(110)은 슬릿구조가 형성되어 원의 형상 일부가 개방된 형상일 수 있다.
제1 도체 패턴(110)은 도전성 물질로 형성될 수 있다. 도전성 물질은 일반적으로 금, 알루미늄, 구리 등일 수 있다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 제2 기판층(200)의 상면도이고, 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 제2기판층(200)의 하면도이다.
다시 도 2를 참조하면, 제2 기판층(200)의 상면은 제2 기판(201), 제2 도체 패턴(210) 및 비아홀(250)을 포함할 수 있다. 제2 기판(201)은 제2 도체 패턴(210), 제3 도체 패턴(230)이 형성되는 몸체를 제공할 수 있으며, 제2 도체 패턴(210) 및 제3 도체 패턴(230)은 제2 기판(201) 상의 서로 다른 면에 제공되어 분할 링 공진구를 구현할 수 있다. 예를 들어, 도 4에 도시된 바와 같이 제2 도체 패턴(210)은 제2 기판의 상면(201a)에 제공될 수 있다. 또한, 제2 기판(201)에는 비아홀(250)이 형성되어 제2 도체 패턴(210)과 제3 도체 패턴(250)을 전기적으로 연결할 수 있다.
제2 기판(201)은 제1 기판층(100)과 일면을 접하여 제공될 수 있다. 일반적으로 제2 기판(201)은 제1 기판층(100)의 하부에 제공될 수 있다.
제2 기판(201)은 유전율을 갖는 유전체 기판으로 제공될 수 있다. 제2 기판(101)의 유전체는 폴리에스테르(Polyester), 에폭시(Epoxy), 실리콘(Silicone), 테플론(Teflon) 등일 수 있으며, 제2 기판(201)은 일반적으로 FR4 기판으로 제공될 수 있으나, 이에 한정하는 것은 아니다. 즉, 제2 기판(201)은 사용자의 선택에 따라서 유전율을 갖는 다양한 종류의 유전체 기판으로 제공될 수 있으며, FR4 기판뿐만 아니라 다양한 형태의 기판으로 제공될 수 있다.
도 4를 참조하면, 제2 도체 패턴(210)은 제2 기판(201)의 상면에 제공될 수 있다.
제2 도체 패턴(210)은 제1 패턴부(211) 및 제2 패턴부(213)를 포함할 수 있다. 제1 패턴부(211) 및 제2 패턴부(213) 각각은 제2 도체 패턴(210)의 일부 영역을 제공할 수 있다. 따라서, 제2 도체 패턴(210)은 제1 패턴부(211) 및 제2 패턴부(213)가 결합한 형상으로 제공될 수 있다. 일반적으로, 제2 도체 패턴(210)은 제1 패턴부(211) 및 제2 패턴부(213)가 결합하여 전파의 입사방향에서 보았을 때, 대칭적인 형상으로 제공될 수 있다.
제2 도체 패턴(210)은 도전성 물질로 제공될 수 있다. 일반적으로 도전성 물질은 금, 알루미늄 및 구리 등일 수 있다.
도 4에 도시된 바와 같이, 제2 도체 패턴(210)는 제1 패턴부(211)와 제2 패턴부(213)가 결합한 형상으로 제공될 수 있다.
제1 패턴부(211)는 제1 도체 패턴(110)에 대응하는 형상일 수 있다. 도 4에 도시된 바와 같이, 제1 패턴부(211)는 도 3에 도시된 원 형상의 제1 도체 패턴(110)에 대응하여 원의 형상으로 제공될 수 있다. 제1 패턴부(211)는 제1 도체 패턴(110)에 대응하는 형상으로 제공되지만, 그 크기는 제1 도체 패턴(110)과 상이할 수 있다. 예를 들어, 제1 패턴부(211)는 제1 도체 패턴(110)에 대응하는 원의 형상으로 제공되되, 제1 도체 패턴(110)의 원의 형상과 비교하였을 때, 더 크거나 작은 형상으로 제공될 수 있다.
제1 패턴부(211)는 제1 도체 패턴(110)에 대응하는 형상에 슬릿 구조를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 패턴부(211)는 도 4에 도시된 바와 같이 제1 도체 패턴부(110)에 대응하는 원의 형상에 슬릿 구조를 더 포함하여 원의 형상 일부가 개방된 형상으로 제공될 수 있다. 또한, 제1 패턴부(211)는 제1 도체 패턴(110)이 슬릿 구조를 포함하지 않는 경우에도 제1 패턴부(2110)는 슬릿 구조를 포함하여 제공될 수 있다.
제2 패턴부(213)은 방사대칭의 형상으로 제공될 수 있다. 제2 패턴부(213)는 제1 패턴부(211)의 내부를 중심으로 방사대칭을 이루면서 연장될 수 있다. 제2 패턴부(213)는 직선의 형상으로 방사대칭을 이루면서 연장될 수 있으며. 적어도 하나의 직선이 방사대칭을 이루면서 연장되어 제공될 수 있다.
제1 패턴부(211)와 제2 패턴부(213)가 결합한 형상으로 제공되는 제2 도체 패턴(210)은 예를 들어, 도 4에 도시된 바와 같이 제1 도체 패턴(110)에 대응하는 형상인 원 형상에 슬릿 구조가 포함된 형상의 제1 패턴부(211)와 제1 패턴부(211)의 중심으로부터 복수의 라인이 방사 대칭으로 연장되어 제공될 수 있다.
여기서, 비아홀(250)은 제2 도체 패턴(210)의 일 영역에 제2 기판(201)을 관통하여 제공될 수 있다. 비아홀(250)은 제2 도체 패턴(210)의 외측 단부에 전기적으로 연결되어 제2 기판(201)을 관통하도록 제공될 수 있다. 제2 도체 패턴(210)의 외측 단부는 제2 도체 패턴(210)에 포함된 제2패턴부(213)의 일 영역일 수 있다. 도 4에 도시된 바와 같이, 비아홀(250)은 방사대칭을 이루면서 연장된 복수의 라인 단부 일 영역에 제고될 수 있다.
도 5를 참조하면, 제2 기판층(200)의 하면(201b)에는 제3 도체 패턴(250)이 제공될 수 있다.
제3 도체 패턴(250)은 제2 도체 패턴(210)과 전기적으로 연결된 비아홀(250)로부터 연장되어 제공될 수 있다. 제3 도체 패턴(250)은 유닛셀(10)에 인덕턴스를 제공하기 위하여 미엔더 선로(Meander line) 형상으로 제공될 수 있다. 제3 도체 패턴(250) 미엔더 선로 형상은 직선의 단부가 직각으로 연결된 구불구불한 형상 뿐만 아니라, 곡선의 반복적인 연장인 사행 형상을 포함할 수 있다.
도 5에 도시된 바와 같이, 직선 형상의 제1구획과 상기 제1구획의 상기 제1구획의 단부로부터 직각으로 연장되는 제2구획 및 상기 제2구획의 단부로부터 직각으로 연장되는 제3구획으로 제공될 수 있다.
도 5에 도시된 미엔더 선로 형상의 제3 도체 패턴(230)은 설명의 편의를 위한 실시예이며 사용자의 선택에 의하여 도 5에 도시된 형상보다 더 연장된 미엔더 선로 형상 또는 미엔더 선로의 일부 형상으로 구현되는 제3 도체 패턴(230)이 제공될 수 있다.
제3 도체 패턴(230)을 미엔더 선로 형상으로 제공함으로써, 공간대비 큰 인덕턴스를 얻을 수 있는 효과가 있다.
도 5에 도시된 바와 같이 제3 도체 패턴(230)은 복수개로 제공될 수 있다. 제3 도체 패턴(230)이 복수개로 제공되는 경우, 제3 도체 패턴(230)은 전파의 입사 방향에서 보았을 때, 서로 대칭을 이루도록 제공될 수 있으며, 서로 연결되지 않도록 독립되어 제공될 수 있다.
제2 도체 패턴(210) 및 제3 도체 패턴(230)은 제2 기판(201) 상의 서로 다른 면에 제공되어 분할 링 공진구를 구현할 수 있다. 제2 도체 패턴(210) 및 제3 도체 패턴(230)은 제2 기판(201) 상의 서로 다른 면에 제공됨으로써 공간 효율을 높이고, 소형화가 가능한 효과가 발생할 수 있다. 또한 이로써, 입사각도 및 입사 편파에 의한 영향이 저감되는 효과가 발생할 수 있다.
도 4 및 5를 참조하면, 비아홀(250)은 제2 기판(201)을 관통하여 제2 도체 패턴(210)과 제3 도체 패턴(230)이 전기적으로 연결되도록 제공될 수 있다. 또한, 비아홀(250)은 제2 도체 패턴(250)의 외측 단부 각각에 복수로 제공될 수 있으며 복수의 비아홀(250) 각각에 제3 도체 패턴(230)이 연결될 수 있다.
예를 들어, 도 4에 도시된 바와 같이 비아홀(250)은 전파가 입사되는 방면에서 보았을 때, 제2 도체 패턴(210)의 상하좌우 외측 단부 각각에 제공될 수 있다. 또한, 각각의 비아홀(250)에는 복수의 제3 도체 패턴(230)이 하나씩 연결될 수 있다.
비아홀(250)은 제공되는 제3 도체 패턴(230)의 수에 대응하여 제공될 수 있으며, 제2 도체 패턴(210)과 복수의 제3 도체 패턴(230)를 전기적으로 연결할 수 있다.
이하에서는 도 6 및 7을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 메타물질 흡수체(1)의 동작에 대하여 설명한다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 메타물질 흡수체(1)의 편파에 따른 반사계수 측정 실험 결과를 나타내는 그래프이고, 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 메타물질 흡수체(1)의 입사각에 따른 반사계수 측정 실험 결과를 나타내는 그래프이다.
도 6의 실험은 상기 메타물질 흡수체(1)를 φ = 0°에서 90°까지 돌려가면서 2개의 X-band standard gain horn 안테나와 Anritsu MS2038C Network analyzer를 이용하여 측정한 실험으로, 본 발명에 따른 흡수체(1)의 성능변화를 측정한 실험이다. 도 6을 참조하면, 본 발명에 따른 흡수체(1)는 φ = 0°에서 90°까지의 편파각에서 높은 흡수율을 유지할 수 있다.
도 7의 실험은 2개의 X-band standard gain horn 안테나와 Anritsu MS2038C Network analyzer를 θ = 0°에서 60°까지 이동시키며 측정하여, 입사각에 따른 상기 메타물질 흡수체(1)의 성능변화를 측정한 실험이다. 도 7을 참조하면, 메타물질 흡수체(1)는 입사각도 θ = 0°에서 50°까지 높은 흡수율을 유지할 수 있다.
이상에서는 유닛셀(10)이 제1 기판층(100), 제2 기판층(200) 및 제3 기판층(300)을 포함하는 것으로 설명하였으나, 제1 기판층(100) 및 제2 기판층(200)만을 포함하는 변형예도 가능하다.
변형예는 본 발명의 상술한 실시예와 비교하였을 때, 유닛셀(10’)이 제3 기판층(300’)을 포함하지 않는 것에 차이가 있을 뿐, 제1 기판층(100’), 제2 기판층(200’) 및 제3 기판층(300’)의 기능과 구성은 동일하다. 따라서 상술한 실시예에서 설명한 제1 기판층(100’), 제2 기판층(200’) 및 제3 기판층(300’)의 기능과 구성에 대한 내용은 생략하기로 한다.
이하에서는 이러한 변형예에 관하여 설명한다.
도 8은 본 발명의 변형예에 따른 메타물질 흡수체(1)의 사시도이다.
도 8을 참조하면 메타물질 흡수체는 유닛셀(10’) 및 제3 기판층(300’)을 포함할 수 있다. 유닛셀(10’)은 입사되는 전파의 주파수에 따라 선택적으로 전파를 흡수하기 위한 구성일 수 있다.
유닛셀(10’)은 제1 기판층(100’) 및 제2 기판층(200’)을 포함할 수 있다. 도 8에 도시된 바와 같이, 유닛셀(10’)은 전파의 입사방향으로부터 제1 기판층(100’) 및 제2 기판층(200’)의 순서로 적층되어 제공될 수 있다.
제1 기판층(100’)은 전파가 입사되는 상면을 제공하고, 제2 기판층(200’)은 도체 패턴으로 구현되는 분할 링 공진기(Split Ring Resonator, SRR)을 포함하여 공진주파수를 제공할 수 있다.
제3 기판층(300’)은 투과파를 방지하기 위하여 제공될 수 있다.
변형예에 따른 메타물질 흡수체(1’)는 하나의 제3 기판층(300’)상에 복수개의 유닛셀(10’)의 배열이 적층 되어 제공될 수 있다. 예를 들어, 도 8에 도시된 바와 같이, 메타물질 흡수체(1’)는 유닛셀(10’)이 4개의 행과 3개의 열의 배열로 제공될 수 있다.
예시로 설명된 메타물질 흡수체(‘1)는 설명의 편의를 위한 예시일 뿐이며, 사용자의 선택에 의해서 보다 많거나 적은 유닛셀(10’)의 배열을 갖는 메타물질 흡수체(1)가 제공될 수 있다.
본 발명의 변형예는 상술한 실시예와 비교하였을 때, 제작 과정에 있어서 하부를 형성하는 제3 기판층(300’) 상에 유닛셀(10’)의 배열을 적층 하기 때문에 보다 용이하게 제작할 수 있는 효과가 발생할 수 있다.
상기에서는 본 발명에 따른 실시예를 기준으로 본 발명의 구성과 특징을 설명하였으나 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 사상과 범위 내에서 다양하게 변경 또는 변형할 수 있음은 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자에게 명백한 것이며, 따라서 이와 같은 변경 또는 변형은 첨부된 특허청구범위에 속함을 밝혀둔다.
1 메타물질 흡수체 10 유닛셀
100 제1 기판층 101 제1 기판
110 제1 도체 패턴 200 제2 기판층
201 제2 기판 210 제2 도체 패턴
211 제1 패턴부 213 제2 패턴부
230 제3 도체 패턴 250 비아홀
300 제3 기판층

Claims (5)

  1. 전파가 입사되는 제1 기판 및 상기 제1 기판의 상면에 전파의 입사 방향에서 볼 때 대칭인 폐 도형 형상으로 마련되는 제1 도체 패턴을 포함하는 제1 기판층; 및
    상기 제1 기판층의 하부에 제공되는 제2 기판, 상기 제1 도체 패턴에 대응되는 형상으로 상기 제2 기판의 상면에 마련되는 제1 패턴부와 상기 제1 패턴부의 중심점으로부터 서로 방사 대칭을 이루면서 연장되는 복수의 라인 형상으로 상기 제2 기판의 상면에 마련되는 제2 패턴부를 포함하는 제2 도체 패턴, 상기 복수의 라인 형상 각각의 외측 단부에 전기적으로 연결되고 상기 제2 기판을 관통하도록 형성되는 복수의 비아홀 및 상기 복수의 비아홀로부터 미엔더 선로(Meander line) 형상으로 연장되고 서로 대칭을 이루도록 상기 제2 기판의 하면에 마련되는 복수의 제3 도체 패턴을 포함하는 제2 기판층을 포함하는
    메타물질 흡수체.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 도체 패턴 및 상기 제2 도체 패턴 중 적어도 하나에는 정전용량을 증가시키는 슬릿 구조가 형성되는
    메타물질 흡수체.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 제2 기판층의 하부에 배치되어 투과파를 방지하는 제3 기판층;을 더 포함하는
    메타물질 흡수체.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 도체 패턴, 상기 제2 도체 패턴 및 상기 제3 도체 패턴은 상기 전파의 입사 방향에서 볼 때 각각 대칭 구조로 형성됨에 따라 상기 전파의 편파 특정을 저감시키는 것을 특징으로 하는
    메타물질 흡수체.
  5. 미리 정해진 2차원 배열에 따라 제공되는 다층 구조의 메타물질로 제공되는 복수의 유닛셀; 및
    상기 유닛셀 하부에 제공되어 투과파를 방지하는 하부 커버;를 포함하되,
    상기 유닛셀은,
    전파가 입사되는 제1 기판 및 상기 제1 기판의 상면에 전파의 입사 방향에서 볼 때 대칭인 폐 도형 형상으로 마련되는 제1 도체 패턴을 포함하는 제1 기판층 및
    상기 제1 기판층의 하부에 제공되는 제2 기판, 상기 제1 도체 패턴에 대응되는 형상으로 상기 제2 기판의 상면에 마련되는 제1 패턴부와 상기 제1 패턴부의 중심점으로부터 서로 방사 대칭을 이루면서 연장되는 복수의 라인 형상으로 상기 제2 기판의 상면에 마련되는 제2 패턴부를 포함하는 제2 도체 패턴, 상기 복수의 라인 형상 각각의 외측 단부에 전기적으로 연결되고 상기 제2 기판을 관통하도록 형성되는 복수의 비아홀 및 상기 복수의 비아홀로부터 미엔더 선로 형상으로 연장되고 서로 대칭을 이루도록 상기 제2 기판의 하면에 마련되는 복수의 제3 도체 패턴을 포함하는 제2 기판을 포함하는
    메타물질 흡수체.


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