KR101859990B1

KR101859990B1 - 다공성 유전체 도파관 및 그의 제조방법

Info

Publication number: KR101859990B1
Application number: KR1020170116716A
Authority: KR
Inventors: 길동만
Original assignee: 길동만
Priority date: 2016-10-19
Filing date: 2017-09-12
Publication date: 2018-05-21
Also published as: KR20180043165A

Abstract

본 발명은 다공성 유전체를 포함하는 유전층; 상기 유전층 상에 위치하고, 상기 유전층을 둘러싸고, 금속을 포함하는 금속층을 포함하는 차폐층; 및 상기 차폐층 상에 위치하고, 상기 차폐층을 둘러싸고, 고분자를 포함하는 보호층;을 포함하는 도파관에 관한 것이다. 본 발명의 도파관은 유전상수가 낮은 다공성 유전체의 표면에 차폐층을 형성함으로써, 전력소모가 작아 전력전송 효율이 우수하고, 외부의 전자파 간섭을 감소시키며, 밀리미터파를 적용할 수 있고, 소형화할 수 있다.

Description

다공성 유전체 도파관 및 그의 제조방법{POROUS DIELECTRIC WAVEGUIDE AND METHOD OF PREPARING THE SAME}

본 발명은 다공성 유전체 도파관 및 그의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 차폐층이 형성된 다공성 유전체와 상기 차폐층 및 유전층 사이에 점착층을 포함하는 다공성 유전체 도파관 및 그의 제조방법에 관한 것이다.

정보통신 분야의 발달에 따라 데이터의 대용량화 및 고속화가 요구되고 있으며, 정보통신기기 및 정보통신기기에 적용되는 시스템과 시스템, 반도체 소자를 포함한 소자와 소자, 시스템과 소자 사이에 적용할 수 있는 초소형 케이블이 필요하다. 데이터의 고속화 및 대용량 전송에 부합하는 케이블은 밀리미터파를 사용함으로써 저손실, 초소형, 유연성 등의 특성을 갖고 있어야 한다. 널리 사용되고 있는 도파관 (마이크로웨이브가이드)은 금속관으로 제작되어, Rigid하므로 가공성, 사용용도가 상당히 제약되어 있다. 상업용으로 사용하기 위하여 유연하고(Flexible) 가공성이 향상된 도파관이 필요한 실정이다.

또한, 유선 통신분야에서의 대역폭 증가로 전송특성은 고속, 저전력, 저비용의 I/O를 요구하며, 초고화질 TV 등에 고용량, 고속전송, 경박 등이 요구된다. 기존 케이블인 동축 케이블 등으로 고용량의 신호를 전송 하기 위하여는 동축 케이블의 사이즈가 상당히 커지는 문제점이 있다. 기존케이블인 동축케이블 등은 스킨 효과(skin effect), 유전체 손실, 전자파 간섭 등에 의한 감쇄로 통신 시스템 성능을 악화시킨다. 특히 기존의 케이블은 전송길이에 따라서 데이터의 대용량 및 고속 전송으로 인한 데이터의 누화 및 분산 등이 증가하며, 전자파 간섭의 증가로 시스템 성능을 약화시키는 문제점이 있었다.

본 발명의 목적은 상기 문제점을 해결하기 위한 것으로, 유전상수가 낮은 다공성 유전체의 표면에 차폐층을 형성하여, 전력소모가 작아 전력전송 효율이 우수하고, 외부의 전자파 간섭을 감소시키며, 밀리미터파를 적용할 수 있고, 소형화할 수 있고 가공성, 유연성이 향상된 도파관을 제공하는 데 있다.

또한 본 발명의 다른 목적은 유전층과 금속층을 서로 결착하는 점착층을 사용함으로써 압출된 유전체의 시간에 따른 수축을 방지할 수 있어 유전층의 치수 안정성이 우수하고, 사용 중에 유전체의 공극률을 일정하게 유지할 수 있어 전력전송효율을 일정하게 유지할 수 있고, 전자파 간섭을 낮고 일정하게 유지할 수 있는 도파관을 제공하는 것이다.

또한 본 발명의 다른 목적은 도파관의 일정한 시간 후에도 도파관의 유전체와 송신기 I/O 또는 도파관의 유전체와 수신기 I/O간의 물리적인 접촉이 분리됨을 방지하여 시간에 따른 시스템 성능 저하를 방지할 수 있는 도파관을 제공하는 것이다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 다공성 유전체를 압출하여 제조함으로써, 유전상수가 낮고, 고용량, 고속전송 능력이 향상되고, 소형화된 도파관을 저렴하게 제조할 수 있는 제조방법을 제공하는 데 있다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 본 발명의 도파관은 다공성 유전체를 포함하는 유전층; 상기 유전층 상에 위치하고, 상기 유전층을 둘러싸고, 금속을 포함하는 금속층을 포함하는 차폐층; 및 상기 차폐층 상에 위치하고, 상기 차폐층을 둘러싸고, 고분자를 포함하는 보호층;을 포함할 수 있다.

상기 상기 차폐층이 상기 금속층 상에 점착층을 추가로 포함하고, 상기 점착층이 상기 유전층을 마주하도록 위치하고, 상기 점착층이 점착제를 포함할 수 있다.

또한 상기 점착제가 우레탄 수지, 아크릴 수지, 실리콘 수지, 천연고무 및 합성고무로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.

또한 점착제가 경화제를 사용하여 경화된 것일 수 있다.

상기 점착층은 두께가 0.01 내지 100 ㎛일 수 있다.

상기 유전층은 단일한 기둥형태의 다공성 유전체로 이루어진 것일 수 있다.

또한 상기 유전층을 길이방향에 대해서 수직으로 절단한 단면이 원형, 타원형 및 다각형 중 어느 하나일 수 있다.

또한 상기 다각형이 삼각형, 정사각형, 직사각형, 오각형, 육각형, 칠각형, 팔각형, 구각형, 십각형, 십일각형, 및 십이각형 중에서 선택된 어느 하나일 수 있다.

또한 상기 직사각형은 너비(a)와 두께(b)의 비(a/b)가 1<a/b≤100일 수 있다.

또한 상기 직사각형은 너비(a)와 두께(b)의 비(a/b)가 2<a/b≤50일 수 있다.

또한 상기 직사각형은 너비(a)와 두께(b)의 비(a/b)가 3<a/b≤10일 수 있다.

또한 상기 유전층을 길이방향에 대해서 수직으로 절단한 단면의 넓이가 0.3 내지 20 mm² 일 수 있다.

또한 상기 직사각형의 너비가 2 내지 10 mm이고, 두께가 0.1 내지 2 mm일 수 있다.

또한 상기 금속층의 두께가 1 내지 100 ㎛일 수 있다.

또한 상기 다공성 유전체의 공극율이 0.1 내지 40%일 수 있다.

또한 상기 다공성 유전체의 유전상수가 1 내지 2일 수 있다.

또한 상기 다공성 유전체가 폴리테트라 플루오로에틸렌(PTFE, polytetrafluoroethylene), FEP(Fluroinated ethylene propylene), PFA(Perfluoroalkoxy alkane), PVF (polyvinylfluoride), PVDF (polyvinylidene fluoride), 및 ETFE (polyethylenetetrafluoroethylene)로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 불소수지를 포함할 수 있다.

상기 다공성 유전체가 타원 형태의 기공을 포함하고, 상기 타원의 장축 방향이 상기 유전층의 길이방향과 서로 평행하고, 상기 타원의 단축 방향이 상기 유전층의 길이방향과 서로 수직일 수 있다.

상기 타원은 단축(Ra):장축(Rb)의 비가 1: 1.1 내지 1:5일 수 있다.

상기 다공성 유전체가 유전층의 길이 방향으로 배열된 상기 불소수지를 포함할 수 있다.

또한 상기 금속은 알루미늄, 구리, 은 및 백금으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.

또한 상기 고분자가 상기 고분자가 폴리테트라 플루오로에틸렌(PTFE, polytetrafluoroethylene), FEP(Fluroinated ethylene propylene), PFA(Perfluoroalkoxy alkane), PVF (polyvinylfluoride), PVDF (polyvinylidene fluoride), 및 ETFE (polyethylenetetrafluoroethylene), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET, polyethylene terephthalate) 염화비닐수지(PVC, Polyvinylchloride), 폴리에틸렌(PE, Polyethylene), 폴리프로필렌(PP, Polyethylene), 폴리아미드(PA, Polyamide), 및 폴리이미드(PI, Polyimide)로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 상기도파관이 M x N의 행렬로 구성되고, M은 2 내지 10의 정수 중 어느 하나이고, N은 2 내지 10의 정수 중 어느 하나인 것인 다중 도파관이 제공될 수 있다.

본 발명의 일 측면에 따르면, (a) 불소수지 100 중량부 및 윤활제 5 내지 30 중량부의 혼합물을 준비하는 단계; (b) 상기 혼합물을 압출하여 다공성 유전체를 포함하는 유전층을 제조하는 단계; (c) 상기 유전층을 둘러싸도록 금속을 포함하는 금속층을 포함하는 차폐층을 상기 유전층 상에 형성하는 단계; 및 (d) 상기 차폐층을 둘러싸도록 고분자를 포함하는 보호층을 상기 차폐층 상에 형성하여 도파관을 제조하는 단계;를 포함하는 도파관의 제조방법이 제공될 수 있다.

또한 단계(c)에서, 상기 차폐층이 금속층 상에 점착층을 추가로 포함하고, 상기 점착층이 상기 유전층을 마주하며 둘러싸도록 차폐층을 상기 유전층 상에 형성할 수 있다.

또한 단계 (a) 이후에, 상기 혼합물을 숙성하는 공정을 추가로 수행할 수 있다. 여기서 상기 숙성은 20 내지 40℃의 온도에서 20 내지 28시간 동안 수행할 수 있다.

또한 단계 (c) 이후에, 상기 차폐층이 형성된 상기 다공성 유전체를 건조한 후, 열처리하는 공정을 추가로 수행할 수 있다.

본 발명의 일 측면에 따르면 상기 도파관의 제조방법; 및 (e) 상기 도파관을 M x N의 행렬로 배열하고 외부에 고분자를 포함하는 결합층을 형성하여 다중 도파관을 제조하는 단계;를 포함하고, M은 2 내지 10의 정수 중 어느 하나이고, N은 2 내지 10의 정수 중 어느 하나인 것인, 다중 도파관의 제조방법이 제공될 수 있다.

또한 상기 다중 도파관의 두께가 5.0 내지 5.5mm이고 너비가 6.5 내지 7.5mm일 수 있다.

본 발명의 도파관은 유전상수가 낮은 다공성 유전체의 표면에 차폐층을 형성함으로써, 전력소모가 작아 전력전송 효율이 우수하고, 외부의 전자파 간섭을 감소시키며, 밀리미터파를 적용할 수 있고, 유연성이 향상되고, 소형화할 수 있다.

또한 본 발명의 도파관은 유전층과 차폐층을 점착하는 점착층을 사용함으로써 압출된 유전체의 시간에 따른 수축을 방지할 수 있어 유전층의 치수 안정성이 우수하고, 사용 중에 유전체의 공극률을 일정하게 유지할 수 있어 전력전송효율을 일정하게 유지할 수 있고, 전자파 간섭을 낮고 일정하게 유지할 수 있다.

또한 본 발명의 도파관은 일정한 시간 후에도 도파관의 유전체와 송신기 I/O 또는 도파관의 유전체와 수신기 I/O간의 물리적인 접촉이 분리됨을 방지하여 시간에 따른 시스템 성능 저하를 방지할 수 있다.

또한 본 발명의 다중 도파관은 단일 도파관을 콤팩트하게 어레이하여 짧은 시간에 대량의 데이터를 전송할 수 있으며, 기존 송신기 또는 수신기의 I/0에 호환이 가능하여 쉽게 사용할 수 있다.

또한, 본 발명의 도파관의 제조방법은 다공성 유전체를 압출하여 제조함으로써, 유전상수가 낮고, 소형화된 도파관을 저렴하게 제조할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 도파관을 나타낸 개략도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 도파관을 나타낸 개략도이다.
도 3은 본 발명의 유전층을 나타낸 개략도이다.
도 4는 실시예 1에 따라 제조된 도파관의 반사계수와 전송계수를 측정하기 위한 시뮬레이션 결과이다.
도 5는 실시예 1에 따라 제조된 도파관의 유전층을 길이방향으로 절단한 단면을 SEM 측정한 사진이다.
도 6은 실시예 1의 도파관의 유전층의 길이 축소를 확인하기 위하여 보호층을 벗겨 낸 사진이다.

이한 본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다.

그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

또한, 이하에서 사용될 제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.

또한, 어떤 구성요소가 "다른 구성요소 상에", " 다른 구성요소 상에 형성되어" 또는 " 다른 구성요소 상에 적층되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소의 표면 상의 전면 또는 일면에 직접 부착되어 형성되어 있거나 적층되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 더 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.

단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이는 예시로서 제시되는 것으로, 이에 의해 본 발명이 제한되지는 않으며 본 발명은 후술할 청구범위의 범주에 의해 정의될 뿐이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 도파관의 개략도이다.

이하, 도 1 내지 3을 참조하여 본 발명의 도파관에 대해 상세히 설명하도록 한다. 다만, 이는 예시로서 제시되는 것으로, 이에 의해 본 발명이 제한되지는 않으며 본 발명은 후술할 청구범위의 범주에 의해 정의될 뿐이다.

도 1 및 2를 참조하면, 본 발명의 도파관(10)은 다공성 유전체를 포함하는 유전층(101); 상기 유전층(101) 상에 위치하고, 상기 유전층(101)을 둘러싸고, 금속을 포함하는 금속층(1033)을 포함하는 차폐층(103); 및 상기 차폐층(103) 상에 위치하고, 상기 차폐층(103)을 둘러싸고, 고분자를 포함하는 보호층(105);을 포함할 수 있다. 여기서 상기 상기 차폐층(103)이 상기 금속층(1033) 상에 점착층(1031)을 추가로 포함하고, 상기 점착층(1031)이 상기 유전층(101)을 마주하도록 위치하고, 상기 점착층(1031)이 점착제를 포함할 수 있다.

본 발명의 도파관(10)은 유전층(101)을 포함할 수 있다.

도 1 및 도 2를 참고하면, 상기 유전층은 단일한 기둥형태의 다공성 유전체로 이루어진 것일 수 있다. 여기서 상기 유전층을 길이방향에 대해서 수직으로 절단한 단면이 원형, 타원형 및 다각형 중 어느 하나일 수 있다. 여기서 상기 다각형이 삼각형, 정사각형, 직사각형, 오각형, 육각형, 칠각형, 팔각형, 구각형, 십각형, 십일각형, 및 십이각형 중에서 선택된 어느 하나일 수 있다.

상기 직사각형은 너비(a)와 두께(b)의 비(a/b)가 1<a/b≤100, 바람직하게는 2<a/b≤50, 보다 바람직하게는 3<a/b≤10일 수 있다. 또한 상기 직사각형의 너비가 2 내지 10 mm이고, 두께가 0.1 내지 2 mm일 수 있다.

또한 상기 유전층을 길이방향에 대해서 수직으로 절단한 단면의 넓이가 0.3 내지 20 mm², 바람직하게는 1 내지 3 mm²일 수 있다.

또한 상기 다공성 유전체의 공극율이 0.1 내지 40%일 수 있다. 상기 다공성 유전체의 공극율에 의해 상기 다공성 유전체의 유전상수가 조절될 수 있다.

또한 상기 다공성 유전체의 유전상수는 1 내지 2일 수 있으며, 바람직하게는 1.1 내지 1.8, 더욱 바람직하게는 1.1 내지 1.4일 수 있다.

본 발명에서 상기 다공성 유전체의 기공의 크기는 0.05 내지 100 ㎛, 바람직하게는 0.1 내지 10 ㎛, 보다 바람직하게는 0.1 내지 5 ㎛일 수 있다.

상기 다공성 유전체가 타원 형태의 기공을 포함하고, 상기 타원의 장축 방향이 상기 유전층의 길이방향과 서로 평행하고, 상기 타원의 단축 방향이 상기 유전층의 길이방향과 서로 수직일 수 있다. 압출기를 사용하여 유전체를 윤활제(발포제)를 사용하여 압출하는 경우 압출 방향으로 불소수지가 배열되며 다공의 형상도 타원형으로 생성될 수 있고 타원의 장축이 압출방향과 평행하게 된다. 상기 타원은 단축(Ra):장축(Rb)의 비가 1: 1.1 내지 1:5일 수 있다. 상기 비가 1.1 미만이면 압출이 되기 어렵고, 5를 초과하면 압출된 유전층의 치수 안정성이 감소하고 다공의 형상 및 크기가 균일하지 못하다.

또한 상기 다공성 유전체에 포함된 불소수지 분자 중 전부 또는 일부가 유전층의 길이 방향, 즉 압출방향으로 배열되게 된다. 압출방향으로 배열된 불소수지 분자는 엔트로피가 낮아 불안정하여 열역학적으로 안정한 상태인 불소수지 분자의 압출방향의 배열을 감소시키려는 방향으로 분자가 재배열하려고 하며, 이러한 영향으로 길이방향으로 수축하려는 경향을 가진다.

너비 a와 두께 b는 도파관에서 기본 모드인 TE₁₀모드가 전파될 수 있도록 결정되며, 이에 대한 기본 정의식은 아래 식 1과 같다.

[식 1]

여기서, f_cmn은 하한 주파수(lower cutoff frequency), ε은 유전율(8.854187817E-12 for free space), μ는 투과성(4πE-7 for free space), m은 넓이(a) 방향으로의 필드의 1/2 파장 변화의 수(Number of 1/2-wavelength variations of fields in the "a" direction), n은 두께(b) 방향으로의 필드의 1/2 파장 변화의 수(Number of 1/2-wavelength variations of fields in the "b" direction)를 의미한다.

상기 도파관을 밀리미터파에서 사용하기 위해 특성 임피던스를 50 내지 150Ω으로 선정할 수 있다.

본 발명의 도파관(10)은 차폐층(103)을 포함할 수 있다.

차폐층(103)은 상기 유전층(101) 상에 위치하고, 상기 유전층(101)를 둘러싸고, 금속을 포함하는 금속층(1033)을 포함할 수 있다. 여기서 상기 상기 차폐층(103)이 상기 금속층(1033) 상에 점착층(1031)을 추가로 포함하고, 상기 점착층(1031)이 상기 유전층(101)을 마주하도록 위치하고, 상기 점착층(1031)이 점착제를 포함할 수 있다.

또한 상기 금속층의 두께가 1 내지 100 ㎛, 10 내지 80 ㎛, 더욱 바람직하게는 20 내지 50 ㎛, 보다 더욱 바람직하게는 30 내지 40㎛일 수 있다. 금속층의 두께가 상기 범위보다 작으면 차폐효과가 작으며, 상기 범위를 초과하면 금속층이 뻣뻣(rigid)하여 작업성이 나빠지며 작업 후 금속층의 절곡 부분이 들뜨는 문제가 있다.

또한 상기 금속은 알루미늄, 구리, 은 또는 백금을 단독 또는 병행하여 사용할 수 있고, 바람직하게는 알루미늄 또는 구리를 단독 또는 병행하여 사용할 수 있고, 보다 바람직하게는 구리를 사용할 수 있다. 금속층으로서 알루미늄막 테이프, 또는 동막 테이프 등을 금속층으로 사용할 수 있고. 바람직하게는 동박테이프를 이용하여 차폐층을 형성할 수 있다.

상기 점착층(1031)은 상기 유전층(101)과 상기 금속층(1033) 사이에 위치하고, 상기 유전층(101)과 상기 금속층(1033)을 점착하는 점착제를 포함할 수 있다. 따라서 이러한 점착층은 수축하려는 다공성 유전체의 수축을 방지할 수 있다.

상기 점착층은 두께가 0.01 내지 100 ㎛일 수 있다. 상기 범위보다 작으면 점착성능이 미미하며, 상기 범위를 초과하면 도파관의 유연성 및 차폐효과를 감소시킬 수 있다.

또한 상기 점착제가 우레탄 수지, 아크릴 수지, 실리콘 수지, 천연고무 및 합성고무로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있고, 바람직하게는 우레탄수지 또는 아크릴 수지를 사용할 수 있다.

또한 상기 점착제가 경화제를 사용하여 경화된 것일 수 있다.

본 발명의 도파관(10)은 보호층(105)을 포함할 수 있다.

본 발명의 보호층(105)은 상기 차폐층(103) 상에 위치하고, 상기 차폐층을 둘러싸고, 고분자를 포함할 수 있다.

또한 상기 고분자가 폴리테트라 플루오로에틸렌(PTFE, polytetrafluoroethylene), FEP(Fluroinated ethylene propylene), PFA(Perfluoroalkoxy alkane), PVF (polyvinylfluoride), PVDF (polyvinylidene fluoride), ETFE (polyethylenetetrafluoroethylene), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET, polyethylene terephthalate) 염화비닐수지(PVC, Polyvinylchloride), 폴리에틸렌(PE, Polyethylene), 폴리프로필렌(PP, Polyethylene), 폴리아미드(PA, Polyamide), 및 폴리이미드(PI, Polyimide)로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있고, 바람직하게는 폴리테트라 플루오로에틸렌(PTFE, polytetrafluoroethylene), FEP(Fluroinated ethylene propylene), PFA(Perfluoroalkoxy alkane), PVF (polyvinylfluoride), PVDF (polyvinylidene fluoride), 및 ETFE (polyethylenetetrafluoroethylene), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET, polyethylene terephthalate) 및 염화비닐수지(PVC, Polyvinylchloride) 중 1종 이상을 포함할 수 있고, 보다 바람직하게는 폴리테트라 플루오로에틸렌(PTFE, polytetrafluoroethylene), FEP(Fluroinated ethylene propylene), PFA(Perfluoroalkoxy alkane), PVF (polyvinylfluoride), PVDF (polyvinylidene fluoride), ETFE (polyethylenetetrafluoroethylene), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET, polyethylene terephthalate) 및 염화비닐수지(PVC, Polyvinylchloride) 중 1종 이상을 포함할 수 있고, 보다 더욱 바람직하게는 FEP(Fluroinated ethylene propylene), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET, polyethylene terephthalate) 또는 염화비닐수지(PVC, Polyvinylchloride) 포함할 수 있다. 여기서 FEP(Fluroinated ethylene propylene)이 압출가공시 흐름성이 좋고, 보호막의 두께를 작게 형성할 수 있어 바람직하다.

본 발명의 다중 도파관은 단일 도파관을 콤팩트하게 어레이하여 짧은 시간에 대량의 데이터를 전송할 수 있으며, 기존 송신기 또는 수신기의 I/0에 호환이 가능하여 쉽게 사용할 수 있다.

이하, 본 발명의 도파관의 제조방법에 대해 설명하되, 앞에서의 도파관에 관해 기재한 사항과 중복되는 부분은 생략하여 설명하도록 한다.

본 발명의 도파관의 제조방법은 (a) 불소수지 100 중량부 및 윤활제 5 내지 30 중량부의 혼합물을 준비하는 단계; (b) 상기 혼합물을 압출하여 다공성 유전체를 포함하는 유전층을 제조하는 단계; (c) 상기 유전층을 둘러싸도록 금속을 포함하는 금속층을 포함하는 차폐층을 상기 유전층 상에 형성하는 단계; 및 (d) 상기 차폐층을 둘러싸도록 고분자를 포함하는 보호층을 상기 차폐층 상에 형성하여 도파관을 제조하는 단계;를 포함할 수 있다.

단계 a: 불소수지 혼합물 준비

먼저, 불소수지 100 중량부 및 윤활제 5 내지 30 중량부의 혼합물을 준비한다(단계 a).

상기 불소수지는 불소를 함유하는 올레핀을 중합시킨 합성수지로서, 폴리테트라 플루오로에틸렌(PTFE, polytetrafluoroethylene), FEP(Fluroinatedethylenepropylene), PFA(Perfuroalkoxyalkan) PVF (polyvinylfluoride), PVDF (polyvinylidene fluoride), ETFE (polyethylenetetrafluoroethylene) 등이 가능하며, 바람직하게는 폴리테트라 플루오로에틸렌일 수 있다. 상기 폴리테트라 플루오로에틸렌의 분말은 수평균분자량이 5만 이상, 바람직하게는 5만 내지 3000만의 범위에 있는 것을 사용할 수 있다.

상기 윤활제는 나프탄계 윤활제(naphthenic lubricant) 또는 파라핀계 윤활제(paraffinic lubricant)를 적용하는 것이 바람직하나, 여기에 한정되지는 않는다.

상기 윤활제는 압출 저항을 줄이기 위하여 사용하는 것으로서, 압출비(extrusion ratio)와 같은 요인에 따라 함량을 조절할 수 있다.

상기 윤활제의 함량은 상기 불소수지 100중량부에 대하여 5 내지 30중량부로 포함시킬 수 있다. 상기 윤활제의 함량이 불소수지 100중량부에 대하여 30중량부를 초과하면 유전체 내부에 기공이 발생하기 힘들어 다공질이 형성되기 어려우며, 5중량부 미만이면, 압출저항이 지나치게 높아 유전체 내부의 조직이 불균일하게 될 수 있다.

상기 불소수지, 바람직하게는 분말형태의 불소수지와 윤활제의 혼합물이 준비되면, 이를 20 내지 40℃의 온도에서 20~28시간 동안 숙성시키는 공정을 추가로 수행할 수 있다. 이에 따라, 불소수지 분말에 윤활제가 더욱 균일하게 분포될 수 있다. 특별하게 PTFE는 용융압출이 어려워 고압으로 압출해야 하므로 윤활작용과 발포제 역할을 하는 윤활제가 필요하다.

단계 b: 유전층 제조

다음으로, 상기 혼합물을 압출하여 다공성 유전체를 포함하는 유전층을 제조한다(단계 b).

바람직하게는, 상기 다공성 유전체의 길이방향에 대해서 수직으로 절단한 단면이 직사각형이 되도록 사각기둥형태의 케이블로 압출할 수 있다. 상기 단면이 직사각형이 되도록 압출함에 따라, 박형 TV 등의 얇은 전자제품에 적용할 수 있도록 도파관의 소형화가 가능하고, 전력소모가 낮으면서 저렴하게 제조할 수 있다.

단계 c: 차폐층 형성

상기 다공성 유전체를 둘러싸도록 금속을 함유하는 금속층을 포함하는 차폐층을 상기 유전층 상에 형성한다(단계 c). 여기서, 상기 차폐층이 금속층 상에 점착층을 추가로 포함하고, 상기 점착층이 상기 유전층을 마주하며 둘러싸도록 차폐층을 상기 유전층 상에 형성할 수 있다.

상기 차폐층과 상기 다공성 유전체의 밀착도가 높으면 도파관의 커패시턴스(capacitance)를 최소화하여 신호전달 효율을 최대화할 수 있으며, 도파관 제조 후, 후 송신기 및 수신기와 연결 후 내구성 및 가공성을 향상시킬 수 있다.

좀 더 상세하게 설명하면, 상기 다공성 유전체의 표면을 알루미늄, 구리, 은, 백금 등으로 도금하거나, 더욱 바람직하게는 알루미늄테이프 또는 구리테이프 등의 금속 테이프를 상기 다공성 유전체에 감아 차폐층을 형성할 수 있다. 여기서 점착층이 도포된 금속 테이프를 사용할 수 있고, 금속층과 다공성 유전체의 밀착도를 향상시킬 수 있다. 이와 같이 유전층과 금속층을 점착하는 점착층을 사용함으로써 압출된 유전체의 시간에 따른 수축을 방지할 수 있어 유전층의 치수 안정성이 우수하고, 사용 중에 유전체의 공극률을 일정하게 유지할 수 있어 전력전송효율을 일정하게 유지할 수 있고, 전자파 간섭을 낮고 일정하게 유지할 수 있다. 또한 일정한 시간 후에도 도파관의 유전체와 송신기 I/O 또는 도파관의 유전체와 수신기 I/O간의 물리적인 접촉이 분리됨을 방지하여 시간에 따른 시스템 성능 저하를 방지할 수 있다.

단계 d: 보호층 형성

상기 차폐층을 둘러싸도록 고분자를 포함하는 보호층을 상기 차폐층 상에 형성한다(단계 d)

또한 상기 고분자가 폴리테트라 플루오로에틸렌(PTFE, polytetrafluoroethylene), FEP(Fluroinated ethylene propylene), PFA(Perfluoroalkoxy alkane), PVF (polyvinylfluoride), PVDF (polyvinylidene fluoride), ETFE (polyethylenetetrafluoroethylene), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET, polyethylene terephthalate) 염화비닐수지(PVC, Polyvinylchloride), 폴리에틸렌(PE, Polyethylene), 폴리프로필렌(PP, Polyethylene), 폴리아미드(PA, Polyamide), 및 폴리이미드(PI, Polyimide)로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있고, 바람직하게는 폴리테트라 플루오로에틸렌(PTFE, polytetrafluoroethylene), FEP(Fluroinated ethylene propylene), PFA(Perfluoroalkoxy alkane), PVF (polyvinylfluoride), PVDF (polyvinylidene fluoride), 및 ETFE (polyethylenetetrafluoroethylene), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET, polyethylene terephthalate) 및 염화비닐수지(PVC, Polyvinylchloride) 중 1종 이상을 포함할 수 있고, 보다 바람직하게는 폴리테트라 플루오로에틸렌(PTFE, polytetrafluoroethylene), FEP(Fluroinated ethylene propylene), PFA(Perfluoroalkoxy alkane), PVF (polyvinylfluoride), PVDF (polyvinylidene fluoride), ETFE (polyethylenetetrafluoroethylene), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET, polyethylene terephthalate) 및 염화비닐수지(PVC, Polyvinylchloride) 중 1종 이상을 포함할 수 있고, 보다 더욱 바람직하게는 FEP(Fluroinated ethylene propylene), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET, polyethylene terephthalate) 또는 염화비닐수지(PVC, Polyvinylchloride) 포함할 수 있다. 여기서 불소계 수지, 특히 FEP(Fluroinated ethylene propylene)이 압출가공시 흐름성이 좋고, 보호막의 두께를 작게 형성할 수 있어 바람직하다.

본 발명의 일 측면에 따르면 (a) 불소수지 100 중량부 및 윤활제 5 내지 30 중량부의 혼합물을 준비하는 단계; (b) 상기 혼합물을 압출하여 다공성 유전체를 포함하는 유전층을 제조하는 단계; (c) 상기 유전층을 둘러싸도록 금속을 포함하는 금속층을 포함하는 차폐층을 상기 유전층 상에 형성하는 단계; (d) 상기 차폐층을 둘러싸도록 고분자를 포함하는 보호층을 상기 차폐층 상에 형성하여 도파관을 제조하는 단계; 및 (e) 상기 도파관을 M x N의 행렬로 배열하고 외부에 고분자를 포함하는 결합층을 형성하여 다중 도파관을 제조하는 단계;를 포함하는 다중 도파관의 제조방법이 제공될 수 있다. 여기서, M은 2 내지 10의 정수 중 어느 하나이고, N은 2 내지 10의 정수 중 어느 하나이다. M과 N의 개수는 사용하려는 목적에 따라 선정될 수 있다.

또한 상기 다중 도파관의 두께가 5.0 내지 5.5mm이고 너비가 6.5 내지 7.5mm일 수 있고, 이러한 사이즈는 기존 송신기 또는 수신기의 I/0에 호환이 가능하여 쉽게 사용할 수 있다.

[실시예]

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 들어 설명하도록 한다. 그러나 이는 예시를 위한 것으로서 이에 의하여 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.

제조예 1: 다공성 유전체 박막 제조

PTFE 분말(케므스사, 제품 no.605)을 준비하고 윤활제(엑슨사, Isopar E,M)를 첨가하여 혼합물을 준비하고, 이때, PTFE 분말 100중량부와 윤활제 18중량부로 혼합하였다. 이후, 상기 혼합물을 40℃의 오븐에서 24시간 동안 숙성시킨 후, 이를 성형 압출기에서 온도 70℃, 압력 620 Mpa, 선속도 3.5 mm/min로 압출시켜 너비가 4.4 mm, 두께가 0.6 mm인 직사각형 단면을 갖는 다공성 유전체를 제조하였다.

제조예 2: 다공성 유전체 박막의 제조

너비가 4.4mm, 두께가 0.6 mm인 직사각형 단면을 갖는 다공성 유전체 대신에 너비가 3.5mm, 두께가 0.6 mm인 직사각형 단면을 갖는 다공성 유전체를 제조한 것을 제외하고는 제조예 1과 동일한 방법으로 다공성 유전제를 제조하였다.

실시예 1: Al 도파관 제조

제조예 1의 다공성 유전체를 종방향으로 두께 5μm의 알루미늄 박막 테이프로 감싸고 압출기 앞으로 통과시켰다. 열가소성 수지인 폴리비닐클로라이드(PVC)를 압출기 헤드 온도 175℃, 실린더 온도 165℃, 선속도 35 mm/min로 압출하면서 위에서 제조한 다공성 유전체를 감싼 알루미늄 박막을 둘러싸도록 PVC 보호층을 형성하고 수조에서 냉각하여 도파관을 제조하였다. 상기 도파관의 상대 유전율은 1.4, 유전체 손실은 0.001, 포트 임피던스는 150 Ω이었다.

실시예 2: 점착층을 사용한 Al 도파관 제조

알루미늄 박막 테이프 대신에 알루미늄 박막에 아크릴 점착층이 구비된 아크릴박막 점착 테이프를 사용하고, 점착층이 다공성 유전체와 접하도록 위치시킨 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 도파관을 제조하였다.

실시예 3: Cu 도파관 제조

두께 5μm의 알루미늄 박막 테이프 대신에 두께 35μm의 Cu 박막 테이프를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 도파관을 제조하였다.

실시예 4: 점착층을 사용한 Cu 도파관 제조

구리 박막 테이프 대신에 구리 박막에 아크릴 점착층이 구비된 구리박막 점착 테이프를 사용하고, 점착층이 다공성 유전체와 접하도록 위치시킨 것을 제외하고는 실시예 3과 동일한 방법으로 도파관을 제조하였다.

실시예 5: Cu 도파관 제조( FEP 보호층 사용)

제조예 2의 다공성 유전체를 종방향으로 35μm의 Cu 박막 테이프로 감싸고 압출기 앞으로 통과시켰다. FEP(Fluroinated ethylene propylene) 분말을 압출기 헤드 온도 280℃, 실린더 온도 340℃, 선속도 35 mm/min로 압출하면서 위에서 제조한 다공성 유전체를 감싼 구리박막을 둘러싸도록 FEP 보호층을 형성하고 수조에서 냉각하여 도파관을 제조하였다.

실시예 4: 점착층을 사용한 Cu 도파관 제조( FEP 보호층 사용)

구리 박막 테이프 대신에 구리 박막에 아크릴 점착층이 구비된 구리박막 점착 테이프를 사용하고, 점착층이 다공성 유전체와 접하도록 위치시킨 것을 제외하고는 실시예 5와 동일한 방법으로 도파관을 제조하였다.

[시험예]

시험예 1: 도파관의 특성 측정

도 4는 실시예 1에 따라 제조된 도파관의 반사계수와 전송계수를 측정하기 위한 시뮬레이션 결과이다. 상기 시뮬레이션은 ANSYS HFSS Simulation 프로그램으로 수행하였다. Y축은 반사손실로, 단위는 dB이다. X축은 주파수이고, 단위는 Hz이다. 상대 유전율은 1.4, 상대 투자율은 1, Loss tangent는 0.00028인 조건에서 시뮬레이션을 수행하였다.

도 4를 참조하면, 실시예 1에 따라 제조된 도파관은 TE₁₀모드가 전파되는 경우에 차단 주파수는 57.624GHz로 결정될 수 있다. 실시예 1에 따라 제조된 도파관의 시뮬레이션 결과, 전송계수는 50 내지 80GHz에서 약 -0.05 dB이하로 나타났으며, 반사계수는 -30dB이하로 나타났다. 또한, 모든 주파수에서 손실값이 -27dB 이하로, 비교적 낮게 나타났다. 따라서 본 발명의 도파관은 우수한 전송선로로 이용할 수 있음을 알 수 있었다.

시험예 2: 유전층 형태 측정( SEM )

도 5는 실시예 1에 따라 제조된 도파관의 유전층을 길이방향으로 절단한 단면의 SEM 측정 결과이다.

도 5를 참조하면, 고압으로 압출한 실시예 1에 따라 제조된 도파관의 다공성 유전체에 기공이 잘 형성되고, 타원형의 다공이 구현된 것을 확인할 수 있다. 또한 상기 다공성 유전체의 타원의 장축 방향이 상기 유전층의 길이방향과 서로 평행하고, 상기 타원의 단축 방향이 상기 유전층의 길이방향과 서로 수직임을 알 수 있다. 이는 압출기에서 윤활제(발포제)를 사용하여 유전체를 압출하는 경우 압출 방향으로 불소수지가 배열되며 다공의 형상도 타원형으로 생성되었고 타원의 장축이 압출방향과 평행함을 알 수 있었다.

시험예 3: 유전층의 길이 변화 측정

점착제를 사용하지 않은 실시예 1, 3의 도파관과 점착제를 사용한 실시예 2, 4의 도파관 500mm을 사용하여 도파관 제조한 직후의 유전체의 길이 (L1)와 제조 후 일정 시간 경과 후의 도파관의 유전체 길이(L2)의 축소 변화량(L1-L2)를 측정하여 표 1에 기재하였다. 일정시간 경과 후의 길이 변화를 보기 위해서 한쪽 끝을 클램핑하여 수축으로 인한 미끄럼짐을 방지하고 나머지 끝의 길이 변화를 측정하였다.

	길이 변화(mm)
	0시간	1시간	3시간	24시간	6달
실시예 1	0	1.5	3.5	8.5	45
실시예 2	0	0	0	0	-
실시예 3	0	1.2	3.0	5.0	-
실시예 4	0	0	0	0	-

표 1을 참고하면 점착제를 사용하지 않은 실시예 1, 3의 도파관에서 유전체의 길이가 축소되었고, 점착제를 사용한 실시예 2, 4의 유전체 길이의 변화가 없었다. 도 6을 참고하면 실시예 1의 도파관을 6달 방치하고 유전층의 길이축소를 확인하기 위하여 보호층을 벗겨 낸 사진으로서 유전층이 45mm 감소하였음을 알 수 있었다.

이는 상기 다공성 유전체에 포함된 불소수지 분자 중 전부 또는 일부가 유전층의 길이 방향, 즉 압출방향으로 배열되게 되고 압출방향으로 배열된 불소수지 분자는 엔트로피가 낮아 불안정하여 열역학적으로 안정한 상태인 불소수지 분자의 압출방향의 배열을 감소시키려는 방향으로 분자가 재배열하려고 하며, 이러한 영향으로 길이방향으로 수축하려는 특성을 가지기 때문으로 해석할 수 있었다.

따라서 본 발명의 도파관은 유전층과 차폐층을 점착하는 점착층을 사용함으로써 압출된 유전체의 시간에 따른 수축을 방지할 수 있어 유전층의 치수 안정성이 우수하고, 사용 중에 유전체의 공극률을 일정하게 유지할 수 있어 전력전송효율을 일정하게 유지할 수 있고, 전자파 간섭을 낮고 일정하게 유지할 수 있다.

본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims

다공성 유전체를 포함하는 유전층;
상기 유전층 상에 위치하고, 상기 유전층을 둘러싸고, 금속을 포함하는 금속 층을 포함하는 차폐층; 및
상기 차폐층 상에 위치하고, 상기 차폐층을 둘러싸고, 고분자를 포함하는 보 호층;을 포함하는 도파관이고,
상기 차폐층이 상기 금속층 상에 점착층을 추가로 포함하고,
상기 점착층이 상기 유전층을 마주하도록 위치하고,
상기 점착층이 점착제를 포함하는 것인 도파관.
삭제
제1항에 있어서,
상기 점착제가 우레탄 수지, 아크릴 수지, 실리콘 수지, 천연고무 및 합성고무로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 도파관.
제1항에 있어서,
상기 점착층은 두께가 0.01 내지 100 ㎛인 것을 특징으로 하는 도파관.
제1항에 있어서,
상기 다공성 유전체가 타원 형태의 기공을 포함하고, 상기 타원의 장축 방향이 상기 유전층의 길이방향과 서로 평행하고, 상기 타원의 단축 방향이 상기 유전층의 길이방향과 서로 수직인 것을 특징으로 하는 도파관.
제5항에 있어서,
상기 타원은 단축(Ra):장축(Rb)의 비가 1: 1.1 내지 1:5인 것을 특징으로 하는 도파관.
제6항에 있어서,
상기 유전층은 단일한 기둥형태의 다공성 유전체로 이루어지고,
상기 유전층을 길이방향에 대해서 수직으로 절단한 단면이 원형, 타원형 및 다각형 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 도파관.
제1항에 있어서,
상기 다공성 유전체의 공극율이 0.1 내지 40%인 것을 특징으로 하는 도파관.
제1항에 있어서,
상기 다공성 유전체가 폴리테트라 플루오로에틸렌(PTFE, polytetrafluoroethylene), FEP(Fluroinated ethylene propylene), PFA(Perfluoroalkoxy alkane), PVF (polyvinylfluoride), PVDF (polyvinylidene fluoride), 및 ETFE (polyethylenetetrafluoroethylene)로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 불소수지를 포함하는 것을 특징으로 하는 도파관.
제9항에 있어서,
상기 다공성 유전체가 유전층의 길이 방향으로 배열된 상기 불소수지를 포함하는 것을 특징으로 하는 도파관.
제1항에 있어서,
상기 금속층의 두께가 1 내지 100 ㎛인 것을 특징으로 하는 도파관.
제1항에 있어서,
상기 금속은 알루미늄, 구리, 은 및 백금으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 도파관.
제1항에 있어서,
상기 고분자가 폴리테트라 플루오로에틸렌(PTFE, polytetrafluoroethylene), FEP(Fluroinated ethylene propylene), PFA(Perfluoroalkoxy alkane), PVF (polyvinylfluoride), PVDF (polyvinylidene fluoride), 및 ETFE (polyethylenetetrafluoroethylene), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET, polyethylene terephthalate) 염화비닐수지(PVC, Polyvinylchloride), 폴리에틸렌(PE, Polyethylene), 폴리프로필렌(PP, Polyethylene), 폴리아미드(PA, Polyamide), 및 폴리이미드(PI, Polyimide)로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 도파관.
제1항의 도파관이 M x N의 행렬로 구성되고,
M은 2 내지 10의 정수 중 어느 하나이고, N은 2 내지 10의 정수 중 어느 하나인 것인 다중 도파관.
(a) 불소수지 100 중량부 및 윤활제 5 내지 30 중량부의 혼합물을 준비하는 단계;
(b) 상기 혼합물을 압출하여 다공성 유전체를 포함하는 유전층을 제조하는 단계;
(c) 상기 유전층을 둘러싸도록 금속을 포함하는 금속층을 포함하는 차폐층을 상기 유전층 상에 형성하는 단계; 및
(d) 상기 차폐층을 둘러싸도록 고분자를 포함하는 보호층을 상기 차폐층 상에 형성하여 도파관을 제조하는 단계; 를 포함하고,
단계(c)에서, 상기 차폐층이 금속층 상에 점착층을 추가로 포함하고, 상기 점착층이 상기 유전층을 마주하며 둘러싸도록 차폐층을 상기 유전층 상에 형성하는 것인, 도파관의 제조방법.
삭제
제15항의 도파관의 제조방법; 및
(e) 상기 도파관을 M x N의 행렬로 배열하고 외부에 고분자를 포함하는 결합층을 형성하여 다중 도파관을 제조하는 단계;를 포함하고,
M은 2 내지 10의 정수 중 어느 하나이고, N은 2 내지 10의 정수 중 어느 하나인 것인, 다중 도파관의 제조방법.
제17항에 있어서,
상기 다중 도파관의 두께가 5.0 내지 5.5mm이고 너비가 6.5 내지 7.5mm인 것을 특징으로 하는 다중 도파관의 제조방법.