KR101576070B1

KR101576070B1 - 다층 플렉시블 전자기파 흡수체

Info

Publication number: KR101576070B1
Application number: KR1020140122222A
Authority: KR
Inventors: 이원준; 조창민; 전승문
Original assignee: 국방과학연구소
Priority date: 2014-09-15
Filing date: 2014-09-15
Publication date: 2015-12-10

Abstract

본 발명은, 전자기파가 입사되고 도달하는 전면부 및 후면부를 구비하며, 입사되는 전자기파를 흡수하여 소멸시키는 바디부, 및 상기 바디부를 보호하도록 각각 상기 전면부와 상기 후면부를 덮는 외피층 및 내피층을 포함하고, 상기 바디부는, 적어도 일부가 입사되는 전자기파를 흡수하는 재질로 이루어지며 휘어짐이 가능하도록 서로 간극(gap)을 갖도록 병렬로 배치되는 복수의 단위 셀을 포함하는 다층 플렉시블 전자기파 흡수체를 제공한다.

Description

다층 플렉시블 전자기파 흡수체{MULTILAYER FLEXIBLE ELECTROMAGNETIC WAVE ABSORBER}

본 발명은 곡면 구조물에 적용 가능하며 다층으로 형성되는 플렉시블 전자기파 흡수체에 관한 것이다.

전자기파 흡수체는 유해하거나 불필요한 전자기파를 소멸시키기 위한 구조체로서 군사용도 뿐만 아니라 민간분야에서도 다양한 수요가 제기되고 있다. 전자기파 흡수체 개발을 위해서 다양한 소재와 구조를 적용하여 전자기파 흡수성능을 설계하게 되며, 일반적으로는 흡수체의 두께가 얇아질수록 흡수대역폭이 상대적으로 좁아지는 특성을 보인다. 따라서, 흡수대역이 넓은 광대역의 전자기파 흡수체를 개발하기 위해서는 일정 수준의 흡수체 두께를 유지해야 하며, 공진형 흡수체에 있어서도 그 경향은 유사하다.

기존의 광대역 전자기파 흡수체는 다양한 전자기적 특성(유전율, 투자율 및 전기전도성)을 갖는 소재를 다층화하여 전자기파 흡수대역을 확장시키는 방법을 사용하였으며, 이러한 복합재료/복합소재는 결과적으로 그 두께가 증가하게 된다. 두께 증가로 인한 구조물의 중량 증가를 극복하는 방법으로, 저밀도 폼 코어를 적용한 경량 샌드위치 구조(sandwich structure)를 이용하여 두께 대비 낮은 중량과 광대역의 전자기파 흡수특성을 동시에 구현하는 흡수체 개발이 가능해졌다.

다층형 구조를 갖는 샌드위치 평판 구조물의 경우는 제작이 용이한 반면, 2차원/3차원 곡면의 샌드위치 구조물을 제작하는 경우에는 다층형 폼 코어의 제작 및 가공에 어려움이 있으며, 제작비용이 증가한다. 또한, 곡면 구조의 다층형 폼 코어 샌드위치를 제작하기 위해서는 사전에 폼 코어를 곡면 구조에 맞게 압축/성형하거나 2차원/3차원 가공을 거쳐 샌드위치 구조를 제작해야 한다.

따라서, 곡면 형상의 대상체에도 적용 가능하며, 다층형으로 형성되어 광대역의 전자기파 흡수능(absorbing power)을 갖는 전자기파 흡수체의 개발이 고려될 수 있다.

본 발명은 광대역의 전자기파 흡수능을 갖도록 다층으로 형성되며, 곡면의 대상체에 적용되는 경우에도, 기 설계된 수준의 전자기파 흡수능을 유지하도록 이루어지는 다층 플렉시블 전자기파 흡수체를 제공하기 위한 것이다.

이와 같은 본 발명의 해결 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 다층 플렉시블 전자기파 흡수체는, 전자기파가 입사되고 도달하는 전면부 및 후면부를 구비하며, 입사되는 전자기파를 흡수하여 소멸시키는 바디부, 및 상기 바디부를 보호하도록 각각 상기 전면부와 상기 후면부를 덮는 외피층 및 내피층을 포함하고, 상기 바디부는, 적어도 일부가 입사되는 전자기파를 흡수하는 재질로 이루어지며 휘어짐이 가능하도록 서로 간극(gap)을 갖도록 병렬로 배치되는 복수의 단위 셀을 포함한다.

본 발명과 관련한 일 예에 따르면, 상기 단위 셀 각각은, 층을 형성하도록 적층되게 배치되는 복수의 폼 코어부, 및 상기 복수의 폼 코어부 사이에 배치되며, 입사되는 전자기파를 흡수하는 물질로 이루어지는 적어도 하나의 저항막층을 구비할 수 있다.

상기 폼 코어부는, 굽힘 발생시 벤딩 가능한 공간을 제공하도록 틈을 형성하는 적어도 하나의 슬릿부를 구비할 수 있다.

상기 단위 셀 각각은, 상하 대칭되도록 형성될 수 있다.

상기 저항막층은, 각각 서로 다른 형태 또는 면적을 갖도록 형성될 수 있다.

상기 바디부는, 상기 간극에 의해 형성되는 홈이 격자 형태를 갖도록 형성될 수 있다.

상기 바디부는, 원형 또는 다각형의 단면을 갖도록 형성될 수 있다.

상기 바디부는, 적어도 일부가 곡선으로 이루어지는 단면을 갖도록 형성될 수도 있다.

본 발명과 관련한 다른 일 예에 따르면, 상기 외피층 및 내피층은, 각각 연장되어 상기 바디부를 완전히 감싸도록 형성될 수 있다.

본 발명과 관련한 또 다른 일 예에 따르면, 상기 내피층과 상기 바디부 사이 배치되고, 상기 저항막층을 통과한 전자기파를 반사시키도록 도전성 물질로 이루어지는 금속층을 더 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 다층 플렉시블 전자기파 흡수체의 효과에 대해 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 실시 예들 중 적어도 하나에 의하면, 흡수체의 바디를 형성하는 바디부는 복수의 단위 셀들이 서로 인접하게 배치되어 형성되고, 복수의 단위 셀들은 각각 적어도 일부가 전자기파를 흡수하는 재질로 이루어지며 서로 간극(gap)을 갖도록 배치된다. 이에 따라, 흡수체는 곡면에 적용되는 경우에도 휘어짐이 가능하며 광대역의 전자기파 흡수능을 일정 수준 유지시킬 수 있는 장점이 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 다층 플렉시블 전자기파 흡수체를 나타낸 개념도.
도 2는 도 1에 도시된 단위 셀을 통과하는 전자기파의 흡수 특성을 알아보기 위한 실험의 구성을 나타낸 개념도.
도 3은 도 2에 도시된 단위 셀을 통과하는 전자기파의 대역별 반사손실을 나타낸 그래프.
도 4는 도 1에 도시된 다층 플렉시블 전자기파 흡수체의 다른 일 예를 나타낸 개념도.
도 5는 도 1에 도시된 다층 플렉시블 전자기파 흡수체의 또 다른 일 예를 나타낸 사시도.
도 6은 도 1에 도시된 복수의 단위 셀의 변형 예를 나타낸 개념도.

이하, 본 발명의 다층 플렉시블 전자기파 흡수체에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

본 명세서에서는 서로 다른 실시예라도 동일·유사한 구성에 대해서는 동일·유사한 참조번호를 부여하고, 그 설명은 처음 설명으로 갈음한다. 본 명세서에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 다층 플렉시블 전자기파 흡수체(100)를 나타낸 개념도이고, 도 2는 도 1에 도시된 단위 셀(140)을 통과하는 전자기파의 흡수 특성을 알아보기 위한 실험의 구성을 나타낸 개념도이며, 도 3은 도 2에 도시된 단위 셀(140)을 통과하는 전자기파의 대역별 반사손실을 나타낸 그래프이다.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 다층 플렉시블 전자기파 흡수체(100)는 바디부(110), 외피층(120) 및 내피층(130)을 포함한다. 여기서 전자기파 흡수체(100)는 전파를 이용하는 각종 기기에 설치되어, 상기 각종 기기에서 발생되는 잡음들의 영향으로 인한 오작동 등의 불필요한 현상들을 제거하도록 형성되는 구조체를 의미한다.

바디부(110)는 전자기파(electromagnetic wave)가 입사되는 전면부와 입사된 전자기파가 마지막으로 도달하는 후면부를 구비하고, 입사되는 전자기파를 흡수하여 소멸시키도록 형성된다. 바디부(110)는 도시된 바와 같이 광대역의 전자기파 흡수능을 위하여 일정 두께를 갖도록 형성될 수 있다.

외피층(120) 및 내피층(130)은 외부로부터의 충격 등으로 인한 환경적 요인으로부터 바디부(110)를 보호하도록, 전자기파가 입사되고 도달하는 상기 전면부 및 후면부를 각각 덮도록 형성된다. 또한, 외피층(120) 및 내피층(130)은, 도시된 바와 같이 바디부(110)의 상기 전면부 및 후면부의 적어도 일부를 덮도록 형성되는 것으로 한정되는 것은 아니고, 각각 연장되어 바디부(110)의 외면을 완전히 감싸도록 형성될 수도 있다.

또한, 외피층(120) 또는 내피층(130)은 유리섬유강화플라스틱(GFRP : glass fiber reinforced plastic)으로 이루어질수 있다. 여기서, 상기 유리섬유강화플라스틱은 유리섬유·탄소섬유·케블라 등의 방향족 나일론섬유와 불포화 폴리에스터·에폭시수지 등의 열경화성수지를 결합한 물질로서, 철보다 강하고 알루미늄보다 가벼우며 녹슬지 않고 가공하기 쉬운 장점들을 갖는다. 또한, 외피층(120) 또는 내피층(130)은 굽힘의 발생 시 굽혀진 형태를 유지할 수 있도록, 소성변형의 특성을 갖는 물질로 이루어질 수도 있다.

여기서, 바디부(110)는 복수의 단위 셀(140)을 포함한다.

단위 셀(140)은 적어도 일부가 바디부(110)의 상기 전면부로 입사되는 전자기파를 흡수하는 재질로 이루어지며, 도 1의 (b)에 도시된 바와 같이 휘어짐이 가능하도록 서로 간극(gap,G)을 갖는 형태로 형성되며, 병렬로 배치되어 하나의 바디부(110)를 형성하도록 이루어진다. 상기 간극은 바디부(110)의 적어도 일부가 단위 형상을 갖도록 가공하는 공정에 의해 형성될 수 있다. 상기 공정은 예를 들어, 슬리팅(sliiting), 포밍(forming), 스탬핑(stamping) 공정 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 또한, 복수의 단위 셀(140) 각각은, 상하 대칭되도록 형성될 수 있다. 이에 따라, 단위 셀(140)이 서로 간극(gap,G)을 갖도록 하는 가공을 보다 용이하게 수행할 수 있다.

보다 구체적으로, 복수의 단위 셀(140) 각각은, 복수의 폼 코어부(141) 및 적어도 하나의 저항막층(145)를 구비할 수 있다.

폼 코어부(141)는 광대역의 전자파 흡수능을 제공하기 위하여 층을 형성하도록 적층되게 배치될 수 있다. 폼 코어부(141)는 저유전체(dielectric substance)로 이루어지며 경량의 재질로 형성될 수 있다. 여기서 상기 저유전체는, 정전기장을 가할 때 전기편극은 생기지만 직류전류는 생기지 않게 하는 물질을 의미한다. 또한, 폼 코어부(141)는 이하 설명하게 될 저항막층(145)과 교번되게 배치되어 샌드위치(sandwich structure) 구조물의 코어(core) 역할을 수행할 수 있다.

또한, 폼 코어부(141)는 예를 들어, 스티로폴(styropol)로 형성될 수 있다. 여기서, 상기 스티로폴은 폴리스티렌 수지 발포체로서, 체적의 98%가 공기로 되어 있으며 건축용 단열재와 포장재로 주로 사용된다. 그리고, 상기 폴리스티렌 수지는 석유화학계 열가소성 수지의 한 종류로서, 플라스틱 중에서 가장 가공하기 쉬운 것으로, 높은 굴절률을 가진다.

저항막층(145)은 서로 이격되어 층을 형성하는 상기 복수의 폼 코어부 사이에 배치되며 입사되는 전자기파를 흡수하는 물질 즉, 임의의 저항값을 갖는 메탈 산화물이나 카본소재로 이루어질 수 있다. 저항막층(145)는 도 2에서 4개가 이격된 상태로 배치되게 도시되었으나, 설계 조건에 따라서 4개가 아닌 1개 또는 복수 개로 배치될 수 있다. 여기서, 저항막층(145)은 입사되는 전자기파(E)를 상쇄간섭시키고 에너지의 대부분을 소멸시킨다. 또한, 저항막층(145)는 유효저항(effective surface resistance) 값을 이용한 전면손실시트 형태로 형성될 수도 있다.

또한, 저항막층(145)는 각각 서로 다른 형태 또는 면적을 갖도록 형성될 수 있다. 이에 따라, 폼 코어부(141)의 다양한 형태를 갖는 경우에서도 이에 대응되게 형성될 수 있다.

한편, 다층 플렉시블 전자기파 흡수체(100)는 별도의 저항막층(145) 구비하지 않고, 전자기파를 흡수하는 손실재료(lossy foam)를 이용하여 전자기파 흡수체를 구성할 수도 있다.

또한, 바디부(110)는 상기 간극(G)에 의해 형성되는 홈이 격자 형태를 갖도록 형성될 수 있다. 이에 따라, 바디부(110)는 공진특성을 이용한 전자기파 흡수체의 설계에 이용될 수 있다. 또한, 바디부는 도 1에서 경사진(tapered) 대칭형의 사각형 단위 셀(140)을 구비하도록 형성되었으나, 반드시 이에 한정된 것은 아니고, 바디부(110)는 사각형이 아닌 다른 형태의 단면을 갖는 단위 셀(140)을 구비하도록 형성될 수도 있다.

한편, 다층 플렉시블 전자기파 흡수체(100)는 도 2에 도시된 바와 같이 금속층(150)을 더 포함할 수 있다.

금속층(150)은 내피층(130)과 바디부(110) 사이 배치되고, 저항막층(145)을 통과한 전자기파(E)를 반사시키도록 도전성 물질로 이루어져 전자기파(E)의 투과를 차단한다. 이에 따라, 적어도 하나의 저항막층(145)은 외피층(120)을 통과하여 입사되는 전자기파(E)를 1차적으로 흡수하여 감소시키고, 저항막층(145)을 모두 통과한 전자기파(E)를 외피층(120)을 향하여 다시 한번 반사시켜 저항막층(145)을 통과시키게 함으로써 입사되는 전자기파(E)를 보다 확실하게 소멸시킬 수 있다. 여기서, 도 2에 도시된 입구포트(10) 및 출구포트(20)는 각각, 다층 플렉시블 전자기파 흡수체(100)의 흡수능 시험을 위해 전자기파(E)가 입사되고 나가는 경계를 형성한다.

또한, 도 3은, 도 2에 도시된 다층 플렉시블 전자기파 흡수체(100)의 흡수능 시험의 결과를 그래프로 나타낸 것으로서, 도시된 그래프를 참조하면 예를 들어, 22mm 두께의 샌드위치 구조에서 반사손실 -10 dB 이하(입사파의 90% 이상 흡수) 기준으로 2.2 GHz~18 GHz 이상 대역까지 포함하는 전자기파 흡수 특성을 보인다.

이상 도 1 내지 도 3을 참조하여 설명한 본 발명의 구조에 따르면, 유연구조를 갖는 복수의 단위 셀(140)들은 곡면의 대상체에 적용되는 경우에도, 해당 곡률에 수직 방향으로 안착되어 광대역의 흡수층을 유지할 수 있으므로, 수직입사에 대한 반사(specular reflection)에 효과적으로 대응할 수 있으며 다양한 곡률을 갖는 구조물에 적용이 용이하다.

이하, 도 1에 도시된 다층 플렉시블 전자기파 흡수체(100)의 다른 일 예들에 대하여 도 4 내지 도 6을 참조하여 설명한다.

도 4는 도 1에 도시된 다층 플렉시블 전자기파 흡수체(100)의 다른 일 예를 나타낸 개념도이고, 도 5는 도 1에 도시된 바디부(110)의 또 다른 일 예를 나타낸 사시도이며, 도 6은 도 1에 도시된 복수의 단위 셀(140)의 변형 예를 나타낸 개념도이다.

먼저, 도 4를 참조하면, 본 발명의 다른 일 예에 따른 전자기파 흡수체(200)는 6각형의 단면(S)를 갖도록 형성되는 바디부(210), 및 바디부(210)의 전면부 및 후면부를 각각 감싸는 외피층(220) 및 내피층(230)을 구비할 수 있다.

다음으로, 도 5를 참조하면, 본 발명의 또 다른 일 예에 따른 바디부(310)는 마름모 형상 및 사각형의 단면(S)을 갖도록 형성되는 복수의 단위 셀(340)을 구비할 수도 있다. 여기서 상기 단면(S)는 바디부(310)를 전면부에서 바라보는 단위 셀(340) 각각의 형상과, 바디부(310)의 측면부에서 바라본 단위 셀(340) 각각의 형상을 모두 포함할 수 있다.

이상 도 4 및 도 5를 참조하여 설명한 바와 같이, 바디부(110,210,310)는 원형 또는 다각형의 단면(S)을 갖도록 형성될 수 있으며, 또한, 적어도 일부가 곡선으로 이루어지는 단면(S)을 갖도록 형성될 수도 있다.

마지막으로 도 5를 참조하면, 도 1에 도시된 단위 셀(140)의 변형 예에 따르는 단위 셀(440)의 폼 코어부는 굽힘 발생시 벤딩(bending) 가능한 공간을 제공하기 위하여 틈을 형성하는 적어도 하나의 슬릿부(443)를 구비할 수 있다. 이에 따라, 바디부는 복수의 단위 셀(440) 사이에 형성되는 상기 간극(G)과 함께 구비되는 슬릿부(443)에 의해 보다 향상된 유연 특성을 가질 수 있는 장점이 있다.

다만, 본 발명의 권리범위는 위에서 설명된 실시예들의 구성과 방법에 한정됨은 아니고, 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다. 또한, 특허청구범위로부터 파악되는 본 발명의 권리범위와 비교하여 당해 분야의 통상의 지식을 가진 자 수준에서 변형, 부가, 삭제, 치환 가능한 발명 등 모든 균등한 수준의 발명에 대하여는 모두 본 발명의 권리 범위에 속함은 자명하다.

100 : 다층 플렉시블 전자기파 흡수체 110 : 바디부
120 : 외피층 130 : 내피층
140 : 단위 셀 141 : 폼 코어부
145 : 저항막층

Claims

전자기파가 입사되고 도달하는 전면부 및 후면부를 구비하며, 입사되는 전자기파를 흡수하여 소멸시키는 바디부; 및
상기 바디부를 보호하도록 각각 상기 전면부와 상기 후면부를 덮는 외피층 및 내피층을 포함하고,
상기 바디부는,
적어도 일부가 입사되는 전자기파를 흡수하는 재질로 이루어지며, 휘어짐이 가능하도록 서로 간극(gap)을 갖도록 병렬로 배치되는 복수의 단위 셀을 포함하며,
상기 단위 셀 각각은,
층을 형성하도록 적층되게 배치되는 복수의 폼 코어부; 및
상기 복수의 폼 코어부 사이에 배치되며, 입사되는 전자기파를 흡수하는 물질로 이루어지는 적어도 하나의 저항막층을 구비하는 것을 특징으로 하는 다층 플렉시블 전자기파 흡수체.
삭제
제1항에 있어서,
상기 폼 코어부는, 굽힘 발생시 벤딩 가능한 공간을 제공하도록 틈을 형성하는 적어도 하나의 슬릿부를 구비하는 것을 특징으로 하는 다층 플렉시블 전자기파 흡수체.
제3항에 있어서,
상기 단위 셀 각각은, 상하 대칭되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 다층 플렉시블 전자기파 흡수체.
제4항에 있어서,
상기 저항막층은, 각각 서로 다른 형태 또는 면적을 갖도록 형성되는 것을 특징으로 하는 다층 플렉시블 전자기파 흡수체.
제1항에 있어서,
상기 바디부는, 상기 간극에 의해 형성되는 홈이 격자 형태를 갖도록 형성되는 것을 특징으로 하는 다층 플렉시블 전자기파 흡수체.
제1항에 있어서,
상기 바디부는, 원형 또는 다각형의 단면을 갖도록 형성되는 것을 특징으로 하는 다층 플렉시블 전자기파 흡수체.
제1항에 있어서,
상기 바디부는, 적어도 일부가 곡선으로 이루어지는 단면을 갖도록 형성되는 것을 특징으로 하는 다층 플렉시블 전자기파 흡수체.
제1항에 있어서,
상기 외피층 및 내피층은, 각각 연장되어 상기 바디부를 완전히 감싸도록 형성되는 것을 특징으로 하는 다층 플렉시블 전자기파 흡수체.
제1항에 있어서,
상기 내피층과 상기 바디부 사이 배치되고, 상기 저항막층을 통과한 전자기파를 반사시키도록 도전성 물질로 이루어지는 금속층을 더 포함하는 다층 플렉시블 전자기파 흡수체.