KR102012415B1 - 광대역 전자파 흡수체 및 그의 제조 방법 - Google Patents

광대역 전자파 흡수체 및 그의 제조 방법 Download PDF

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(주)한국전자파연구소
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Abstract

본 발명은 광대역 전자파 흡수체 및 그의 제조 방법에 관한 것이다. 본 발명의 광대역 전자파 흡수체는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 발로 폴리프로필렌 등의 원재료와 나노 카본을 일정 비율로 혼합하여 제조한다. 광대역 전자파 흡수체는 판 형상의 베이스와, 베이스의 상부면에서 일정 높이로 상향 돌출되는 복수 개의 단위 셀들로 구성된다. 단위 셀들은 베이스의 상부면에 동일한 패턴으로 배열된다. 단위 셀들 각각은 표면적을 증가시키기 위해 표면에 복수 개의 관통홀이 형성되거나, 상단부와 측면 모서리부 및 베이스와 결합되는 모서리부가 라운드지게 형성된다. 단위 셀들 각각은 하부면이 베이스를 통해 관통되어 일정 깊이를 갖는 원추형의 홈이 형성된다. 본 발명에 의하면, 친환경 소재를 이용하여 제작함으로써, 인체 유해 물질인 카본 날림 방지를 통해 인체를 보호하고, 환경 오염을 방지할 수 있고, 베이스의 내구성을 향상시킬 수 있으며, 동일한 형상 및 크기에서 최대한 표면적을 증가시킴으로써, 전자파 흡수율을 향상시킬 수 있다.

Description

광대역 전자파 흡수체 및 그의 제조 방법{BROADBAND ELECTROMAGNETIC WAVE ABSORBER AND METHOD FOR MANUFACTURING THEREOF}
본 발명은 광대역 전자파 흡수체에 관한 것으로, 좀 더 구체적으로 전자파 흡수체를 성형하기 위한 카본 원료 분말의 분진 발생으로 인한 인체의 유해성을 줄이고, 전자파 흡수체의 베이스 재질을 개선시켜 내구성을 강화시키도록 하며, 그리고 동일한 형상에서 전자파 흡수를 위한 면적을 최대화하는 친환경 소재의 카본과, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 또는 발포 폴리프로필레 등의 합성 수지를 포함하는 원재료의 화합물을 이용한 광대역 전자파 흡수체 및 그의 제조 방법에 관한 것이다.
전기전자 부품 산업과 통신 산업의 눈부신 발전으로 가정, 산업 현장, 군 무기체계 등에 많은 기여를 하고 있으며, 이러한 전기전자 부품들은 소형화, 저전력화, 고집적화되면서 전자파에 대한 내성 약화로 인한 장비 오동작 및 기능 저하가 많이 발생되고 있다.
또한 국가 안보에 관련된 전술 지휘 통제 체계(C4I) 시설의 고출력 전자기파(EMP, HPM)로부터 보호하기 위한 방호 시설에 대한 연구와 국가 차원에서의 보호 시설 투자가 중장기적으로 이루어지고 있으며, 이러한 시설 내외부의 전자 장비를 보호하기 위한 전자파 흡수체(또는 차폐) 기능의 핵심 부품이 꼭 필요하다.
이러한 전자파 흡수체는 산업 분야에서 정밀하고 신뢰성 있는 전자파 측정을 위한 전자기파 적합성(EMC) 및 안테나(Antenna)의 전자파 측정 시설 등에 많이 사용되고 있으며, 군 관련 무기 체계 분야에서는 적의 레이더로부터 탐지되지 않게 스텔스(RCS) 기능과 고출력 전자파 방사 장비 주변으로 불필요한 전자파가 방사되지 않게 감소시키기 위하여 사용되고 있다.
일반적인 전자파 흡수체는 전자파가 외부로부터 입사되면, 불필요한 전자파 에너지를 열 에너지로 변환하여 소멸시키는 역할을 한다. 예를 들어, 자성 물질(Magnetic materials)을 이용하는 전자파 흡수체(Microwave Absorber)는 도 1a에 도시된 바와 같이, 외부로부터 전자파(Incident waves)가 입사되면, 경계면에서 불필요한 전자파(Reflected waves)를 반사시키고 불필요한 전자파 에너지를 내부에서 열 에너지로 변환(Heat Conversion)하여 소멸시키며, 필요한 전자파(Transmitted waves)는 투과시킨다. 또 다른 예로서, 차폐 물질(Shielding Materials)을 이용하는 전자파 흡수체는 도 1b에 도시된 바와 같이, 금속 등의 전도성 재질을 이용하여 외부로부터 입사되는 불필요한 전자파를 고주파수 전류로 변환하여 전자파 간섭을 차폐시킨다. 이와 같은 전자파 흡수체의 성능 중 제일 중요한 특성은 전자파 흡수 능력으로, 주파수 대역별로 전자파 흡수체의 재질 및 형태를 달리하고 있다.
전자파를 열 에너지로 변환하는 방식에 따라 전자파 흡수체는 자성 흡수체, 유전성 흡수체, 도전성 흡수체의 3 가지로 크게 분류한다. 이 가운데 자성 흡수체인 페라이트(Ferrite)는 그 구조가 평판형으로 되어 있고, 높은 흡수율과 내구성을 가진다. 또 열에 견뎌내는 장점이 있는 반면, 설치 비용이 비싸고 흡수 영역 폭에 한계가 있다.
예를 들어, 30 MHz에서 1 GHz 가량의 저대역에 사용되는 전자파 흡수체는 도 2a에 도시된 바와 같이, 판 형상의 페라이트 패널 흡수체의 구조로 구성된다. 이러한 페라이트는 대표적인 자성 손실 재료로, 연자성 페라이트인 Mn-Zn 페라이트와 Ni-Zn 페라이트는 전자파 흡수 능력에 영향을 주는 자기적 손실이 높지만, GHz 대역에서 자기 손실이 급격하게 줄기 때문에 GHz 대역의 주파수에 좋은 전자파 흡수체로서의 기능을 하지 못한다. 이에, 1 GHz에서 40 GHz 이상의 고대역에서 사용되는 전자파 흡수체는 도 2b에 도시된 바와 같이, 탄소 섬유가 포함된 피라미드 형의 흡수체의 구조로 형성된다.
아울러, 30 MHz에서 40 GHz 이상의 광대역에서 사용되는 전자파 흡수체는 도 2c에 도시된 바와 같이, 저대역에 사용되는 페라이트 패널 흡수체 상부에 탄소 섬유가 포함된 피라미드 형상으로 흡수체가 결합되는 복합형 구조로 구비된다.
페라이트 패널 흡수체, 피라미드형 흡수체, 복합형 흡수체 각각은 도 3에서와 같은 흡수 능력을 나타내게 된다.
이러한 기존의 광대역 주파수 흡수체로 사용되는 피라미드 형상의 흡수체는 발포 폴리우레탄에 카본 분말액에 함침시켜 표면 코팅이 이루어지도록 한 다음, 성형을 거쳐 생산된다.
그러나 이러한 종래의 전자파 흡수체는 호흡기 및 암 질환을 유발하는 분진을 발생시켜 인체에 유해하며, 짧은 수명 주기에 따라 기존 제품 폐기 처리 비용이 발생되며, 환경 오염에 악영향을 미치게 된다.
따라서, 이러한 종래 전자파 흡수체의 문제점을 극복하고 분진 발생으로 인한 인체의 유해성을 줄이도록 하며, 전자파 흡수체의 물성 재질을 개선시켜 내구성을 강화시키도록 하는 전자파 흡수체에 대한 요구가 높아지고 있는 실정이다.
한국 등록특허공보 제10-1420059호(공고일 2014년 07월 15일) 한국 등록특허공보 제10-1521211호(공고일 2015년 05월 18일) 한국 등록특허공보 제10-1437279호(공고일 2014년 09월 05일) 한국 등록특허공보 제10-0976857호(공고일 2010년 08월 20일)
본 발명의 목적은 분진 발생으로 인한 인체의 유해성을 줄이도록 친환경 소재를 이용한 광대역 전자파 흡수체 및 그의 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 베이스 재질을 개선시켜 내구성을 강화하는 광대역 전자파 흡수체 및 그의 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 전자파 흡수율을 향상시키기 위하여 전파가 흡수되거나 산란시키는 면적을 동일한 형상에서 최대로 증가시키는 광대역 전자파 흡수체 및 그의 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 흡수체의 용도에 따라 서로 다른 크기의 단위 셀들을 구비하는 광대역 전자파 흡수체 및 그의 제조 방법을 제공하는 것이다.
상기 목적들을 달성하기 위한, 본 발명의 광대역 전자파 흡수체는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 또는 발포 폴리프로필렌 원재료와 카본을 혼합한 혼합물을 이용하고, 용도에 따라 그 형상 및 크기를 달리하여 제조하는데 그 한 특징이 있다. 이와 같은 본 발명의 광대역 전자파 흡수체는 친환경 소재를 이용하여 제조함으로써, 분진 발생으로 인한 인체의 유해성을 줄이고 흡수체의 내구성을 향상시킬 수 있다.
이 특징에 따른 본 발명의 광대역 전자파 흡수체는, 일정 두께를 갖는 판 형상의 베이스; 및 상기 베이스의 상부면에 바닥면이 정방형인 피라미드 형상으로 상향 돌출되어 균일한 패턴으로 배열되고, 표면적이 증가되도록 상기 피라미드 형상의 상단부와 복수 개의 측면 모서리들 및 상기 베이스와 결합되는 결합면의 모서리부 부분이 각각 라운드지게 형성되며, 하부면에 상기 베이스를 통하여 관통되어 상부로 갈수록 좁아지게 함몰되는 원뿔 형상의 홈이 형성되는 복수 개의 단위 셀들을 포함하되; 상기 베이스와 상기 단위 셀들은 발포 폴리프로필렌을 포함하는 원재료와, 카본을 혼합한 혼합물로 성형된다.
이 특징에 있어서, 상기 광대역 전자파 흡수체는 용도에 따라 동일한 면적의 상기 베이스 상에 상기 단위 셀들이 N × N(N은 2 이상인 양의 정수) 배열로 서로 다르게 형성되고; 상기 단위 셀은 상기 광대역 전자파 흡수체의 용도에 따라 서로 다른 크기와 높이를 갖도록 형성되며; 인접한 상기 단위 셀들의 인접한 측면들에 의해 형성되는 경사각과, 상기 홈의 대향하는 측면들에 의해 형성되는 경사각이 상기 단위 셀의 배열 구조에 관계없이 동일하게 형성된다.
이 특징에 있어서, 상기 단위 셀은, 상기 베이스의 두께가 증가할수록 높이가 증가되게 형성된다.
이 특징에 있어서, 상기 단위 셀은, 동일한 면적의 상기 베이스에 갯수가 증가할수록 인접하는 단위 셀들과의 간격이 좁아지게 형성된다.
이 특징에 있어서, 상기 홈은; 상단부가 라운드지게 형성된다.
본 발명의 다른 특징에 따르면, 광대역 전자파 흡수체의 제조 방법이 제공된다.
이 특징에 따른 본 발명의 광대역 전자파 흡수체의 제조 방법은, 상기 광대역 전자파 흡수체의 용도에 따라 발포 폴리프로필렌 원재료와 카본의 혼합 비율을 조절하여 발포 폴리프로필렌 원재료와 카본을 계량하고 균일하게 혼합시키는 단계; 혼합된 발포 폴리프로필렌 원재료와 카본의 혼합물을 가압하여 마이크로 펠렛을 생산하는 단계; 상기 마이크로 펠렛을 발포시켜서 전도성 비드를 생산하는 단계; 및 상기 전도성 비드를 상기 광대역 전자파 흡수체의 용도에 대응하는 형상으로 가열 및 압축하여 상기 광대역 전자파 흡수체를 생산하는 단계를 포함한다.
이 특징에 있어서, 상기 혼합시키는 단계는; 발포 폴리프로필렌 원재료와 카본을 97 : 3의 혼합 비율로 혼합시킨다.
본 발명의 또 다른 특징은 전자파 흡수율을 향상시키기 위하여 표면적이 증가되는 광대역 전자파 흡수체를 제공한다.
이 특징에 따른 광대역 전자파 흡수체는, 일정 두께를 갖는 판 형상의 베이스; 및 상기 베이스의 상부면에 바닥면이 정방형인 피라미드 형상으로 상향 돌출되어 균일한 패턴으로 배열되고, 표면적이 증가되도록 상기 피라미드 형상의 표면에 복수 개의 관통홀들이 형성되며, 하부면에 상기 베이스를 통하여 관통되어 상부로 갈수록 좁아지게 함몰되는 피라미드 형상의 홈이 형성되는 복수 개의 단위 셀들을 포함하되; 상기 베이스와 상기 단위 셀들은 폴리프로필렌 또는 폴리에틸렌을 포함하는 원재료와, 카본을 혼합한 혼합물로 성형된다.
이 특징에 있어서, 상기 단위 셀은, 상기 베이스의 상부면에 원뿔 형상으로 일정 높이 상향 돌출되어 제1 및 제2 흡수 몸체가 적층되는 다단 구조로 형성되되; 상기 제1 흡수 몸체는 하부면에서 상부면으로 갈수록 단면적이 작아지게 돌출되어 하부면이 정방형의 단면을 가지고, 상부면이 원형으로 구비되고, 측면의 모서리 부가 라운드지게 형성되고; 상기 제2 흡수 몸체는 상기 제1 흡수 몸체의 상부면에 적층되는 원뿔 형상으로 구비되어 표면에 상기 관통홀들이 상기 홈과 연통되도록 형성된다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 광대역 전자파 흡수체는 친환경 소재를 이용하여 제작함으로써, 인체 유해 물질인 카본 날림 방지를 통해 인체를 보호하고, 환경 오염을 방지할 수 있다.
또 본 발명의 광대역 전자파 흡수체는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 또는 발포 폴리프로필렌 원재료와 카본을 이용하여 베이스의 재질을 개선함으로써, 내구성을 향상시킬 수 있다.
또 본 발명의 광대역 전자파 흡수체는 동일한 형상 및 크기에서 최대한 표면적을 증가시킴으로써, 전자파 흡수율과 고출력 전자파에 대한 내성을 향상시킬 수 있다.
또한 본 발명의 광대역 전자파 흡수체는 전자파 적합성(EMC) 또는 통신 분야의 마이크로파 용 전자파 흡수체에 적용 가능하도록 개발함으로써, 수입 의존도를 줄일 수 있다.
뿐만 아니라, 본 발명의 광대역 전자파 흡수체는 전자파 적합성(EMC) 및 안테나(Antenna) 시험용 전자파 무반사 챔버(Anechoic Chamber)용, 야외 및 실내 레이더 단면적(RCS) 감소용 레이더 기지, 이동 통신 기지국, 이동 통신 중계기 주변 등의 구역에 방호용 등 다양한 용도로 사용 가능하다.
도 1a 및 도 1b는 일반적인 전자파 흡수체의 원리를 간단하게 나타낸 도면들,
도 2a 내지 도 2c는 주파수별 전자파 흡수체의 일반적인 구조를 나타내는 도면들,
도 3은 도 2a 내지 도 2c에 도시된 전자파 흡수체의 종류별 전자파 흡수 능력을 나타낸 파형도,
도 4a 내지 도 4d는 본 발명의 제1 실시예에 따른 광대역 전자파 흡수체의 일부 구성을 도시한 도면들,
도 5는 도 4에 도시된 제1 실시예에 따른 광대역 전자파 흡수체의 흡수율 측정 결과를 나타내는 파형도,
도 6은 도 4에 도시된 제1 실시예에 따른 광대역 전자파 흡수체의 제조 수순을 나타내는 흐름도,
도 7a 내지 도 7c는 본 발명의 제2 실시예에 따른 광대역 전자파 흡수체의 일부 구성을 도시한 도면들,
도 8은 도 7에 도시된 제2 실시예에 따른 광대역 전자파 흡수체의 제조 수순을 나타내는 흐름도,
도 9는 본 발명의 제3 실시예에 따른 광대역 전자파 흡수체의 일부 구성을 도시한 사시도,
도 10은 도 9에 도시된 광대역 전자파 흡수체의 정면도,
도 11은 도 9에 도시된 광대역 전자파 흡수체의 평면도,
도 12는 도 9에 도시된 광대역 전자파 흡수체의 배면도,
도 13은 도 12에 도시된 흡수체의 A-A' 단면도,
도 14는 도 9에 도시된 제3 실시예에 따른 광대역 전자파 흡수체의 흡수율 측정 결과를 나타내는 파형도, 그리고
도 15는 도 9에 도시된 제3 실시예에 따른 광대역 전자파 흡수체의 제조 수순을 나타내는 흐름도이다.
본 발명의 실시예는 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 서술하는 실시예로 인해 한정되어지는 것으로 해석되어서는 안된다. 본 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서 도면에서의 구성 요소의 형상 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장되어진 것이다.
본 발명의 광대역 전자파 흡수체는 기존의 전자파 흡수체에 의한 문제점들 예를 들어, 호흡기 및 암 질환 유발 물질의 분진 발생으로 인한 인체 유해성, 짧은 수명 주기에 따른 기존 제품의 폐기 처리 비용 및 이로 인한 환경 오염에 영향을 주는 환경 유해성, 그리고 높은 제작 단가 등을 해결하기 위하여 친환경 소재의 합성 수지와 카본의 혼합물을 이용하여 제작된다.
또 본 발명의 광대역 전자파 흡수체는 국제 규정이 요구하는 광대역의 주파수 대역 예컨대, 30 MHz ~ 1 GHz의 주파수 범위에서의 불필요한 전자파를 흡수하기 위하여, 동일한 형상에 대해 전자파 흡수 및 산란 면적이 증가되도록 제작하여 동일한 크기의 베이스에서의 전자파 흡수율을 향상시킨다.
이러한 본 발명의 광대역 전자파 흡수체는 광대역 응용 예컨대, 안테나 측정, 레이더 단면, 소형 범위, 군사 시스템 등의 적용을 위해 무반사 챔버(anechoic chamber) 등에 사용될 수 있다.
이하 첨부된 도 4 내지 도 15를 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명한다.
도 4a 내지 도 4c는 본 발명의 제1 실시예에 따른 광대역 전자파 흡수체의 일부 구성을 도시한 도면들이고, 도 5는 도 4에 도시된 제1 실시예에 따른 광대역 전자파 흡수체의 흡수율 측정 결과를 나타내는 파형도이다.
도 4a 내지 도 5를 참조하면, 이 실시예의 광대역 전자파 흡수체(100)는 실내외용 광대역 전자파 흡수체로서, 합성 수지(resin) 예컨대, 폴리에틸렌(Polyethylene : PE) 또는 폴리프로필렌(PP)을 포함하는 원재료와, 도전성 물질의 나노 카본(CNT)을 혼합한 혼합물을 이용하여 사출 방식으로 제조된다. 즉, 이 실시예의 광대역 전자파 흡수체(100)는 PE 원재료와 나노 카본을 일정 비율로 혼합한 혼합물을 이용하여 사출하는 적층형의 전자파 흡수체로서, 베이스(110)와, 복수 개의 단위 셀(120)들을 포함한다.
또 이 실시예의 광대역 전자파 흡수체(100)는 광대역 특성을 얻기 위하여 피라미드 형상의 단위 셀(120)을 형성하고, 각 단위 셀(120)의 표면에 복수 개의 관통홀(122, 124)을 형성하여 전자파가 흡수되는 표면적을 증가시킨다.
이러한 광대역 전자파 흡수체(100)는 PE 원재료와 나노 카본의 혼합 비율, 단위 셀(120)의 배열 구조, 크기, 형상 등을 조절하여 원하는 전파 흡수 특성을 가지도록 설계된다.
구체적으로, 베이스(110)는 일정 두께(H1)를 갖는 판 형상으로 구비된다. 베이스(110)는 상부면에 복수 개의 단위 셀(120)들이 가로 세로 방향으로 균일하게 배열된다. 베이스(110)는 하나의 단위 셀(120)에 대해 일정 크기의 변(A)을 갖는 정방형의 단면을 갖는다.
단위 셀(120)은 베이스(110)의 상부면에 정방형의 피라미드 형상으로 일정 높이(H2) 상향 돌출되어 형성된다. 단위 셀(120)은 표면에 복수 개의 관통홀(122, 124)들이 형성된다. 즉, 관통홀(122, 124)들은 피라미드 형상의 측면들과 첨단부(top)에 형성된다. 관통홀(122, 124)들 각각은 대체로 원형의 단면을 가지고, 단위 셀(120)의 표면에서 단위 셀(120)의 하부면까지 수직하게 하향 관통된다.
또 단위 셀(120)의 하부 내측에는 베이스(110)를 관통하여 피라미드 형상으로 상향 함몰되는 홈(128)이 형성된다. 홈(128)은 하부면이 정방형으로 구비되고 일정 크기의 변(B)을 갖는다.
이 실시예에서 베이스(110)는 아래의 표 1에 기재된 바와 같이, 20mm의 두께(H1)를 가지고, 단위 셀(120)은 100mm의 변(A)과 100mm의 높이(H2)를 갖는다. 제2 홈(128)은 40mm의 변(B)을 갖는다.
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이러한 광대역 전자파 흡수체(100)는 관통홀(122, 124)과 홈(128)을 형성하여 동일한 크기의 형상에서 표면적을 증가시켜 전자파 흡수율의 성능을 향상시킬 수 있으며, 폴리에틸렌(PE)과 나노 카본 혼합물을 적용하여 내구성을 강화시키고, 재료 분진으로 인한 호흡기 질환 및 암 유발을 억제할 수 있다.
또한 광대역 전자파 흡수체(100)는 도 4d에 도시된 바와 같이, 관통홀(122, 124)들의 일부가 홈(128)과 연통되게 형성되어, 공기와의 접촉면을 증가시킴으로써, 열 발산이 효과적으로 이루어질 수 있다.
이 실시예의 광대역 전자파 흡수체(100)는 도 5에 도시된 바와 같이, 1 GHz 내지 18 GHz의 주파수 대역에서 모두 10 db 이상의 흡수율을 확인할 수 있다.
도 6은 도 4에 도시된 제1 실시예에 따른 광대역 전자파 흡수체의 제조 수순을 나타내는 흐름도이다.
도 6을 참조하면, 이 실시예의 광대역 전자파 흡수체(100)는 단계 S150에서 폴리에틸렌(PE)을 포함하는 폴리올레핀(Polyolefine : PO) 계열의 합성 수지와, 탄소 나노 튜브(CNT)를 계량하여 폴리에틸렌(PE) 97%, 탄소 나노 튜브(CNT) 3%의 배합 비율로 혼합시킨다.
단계 S152에서 폴리에틸렌(PE)과 탄소 나노 튜브(CNT)가 혼합된 혼합물을 호퍼에 투입시키고, 용기를 고속 회전시켜 믹싱되게 한다.
단계 S154에서 균일하게 믹싱된 혼합물을 압출시키고, 단계 S156에서 일정 시간 동안 건조시킨다. 이어서 단계 S156에서 건조된 혼합물을 성형틀에 넣고 사출하여 광대역 전자파 흡수체(100)를 제조한다.
이와 같이, 광대역 전자파 흡수체(100)는 카본 분말의 날림 현상을 방지하고, 전체적으로 균일하게 혼합된 원재료를 혼합시켜서 제조하여 제품 성능이 일정하게 유지되도록 할 수 있다.
다음은 도 7 및 도 8을 이용하여 본 발명의 제2 실시예에 따른 광대역 전자파 흡수체의 구성 및 제조 과정을 상세히 설명한다.
즉, 도 7a 내지 도 7c는 본 발명의 제2 실시예에 따른 광대역 전자파 흡수체의 일부 구성을 도시한 도면들이다. 여기서는 도 4에 도시된 제1 실시예와의 차이점을 중심으로 상세히 설명하고, 동일하거나 유사한 기능의 구성에 대한 구체적인 설명은 생략한다.
도 7a 내지 도 7c를 참조하면, 이 실시예의 광대역 전자파 흡수체(200)는 베이스(210)와 단위 셀(220)을 포함한다.
베이스(210)는 제1 실시예의 베이스(110)와 동일하게 구비된다. 베이스(210)의 상부면에는 복수 개의 단위 셀(220)들이 상향 돌출되어 형성된다. 베이스(210)는 일정 두께(H1)를 갖는 판 형상으로 구비되고, 상부면에 복수 개의 단위 셀(220)들이 가로 세로 방향으로 균일하게 배열된다. 베이스(210)는 하나의 단위 셀(220)에 대해 일정 크기의 변(A)을 갖는 정방형의 단면을 갖는다.
단위 셀(220)은 베이스(210)의 상부면에 원뿔 형상으로 일정 높이(H2) 상향 돌출되어 다단 구조로 형성된다. 즉, 단위 셀(220)은 베이스(210)의 상부면에 상향 돌출되는 제1 흡수 몸체(220a)와, 제1 흡수 몸체(220a)의 상부면에 상향 돌출되는 제2 흡수 몸체(220b)로 구성된다.
제1 흡수 몸체(220a)는 하부면에서 상부면으로 갈수록 단면적이 작아지게 돌출된다. 제1 흡수 몸체(220a)는 하부면이 정방형의 단면을 가지고, 상부면이 원형인 기둥 형상으로 구비된다. 제1 흡수 몸체(220a)는 측면의 모서리 부가 라운드지게 형성된다.
제2 흡수 몸체(220b)는 원뿔 형상으로 구비된다. 제2 흡수 몸체(220b)는 제1 흡수 몸체(220a)의 상부면에 적층된다. 제2 흡수 몸체(220b)는 표면에 복수 개의 관통홀(222)이 형성된다. 관통홀(222)은 대체로 원형의 단면을 가지며, 상부에서 하부로 갈수록 그 직경이 작아진다. 관통홀(222)은 제2 흡수 몸체(220b)의 일측에서 타측 방향으로 하향 경사지게 관통되어, 대향하는 것들이 제2 흡수 몸체(220b)의 내부에서 상호 연통된다.
또 단위 셀(220)은 하부면에 베이스(210)를 관통하여 내부로 상향 함몰되는 피라미드 형상의 홈(미도시됨)이 형성된다.
이러한 제2 실시예의 광대역 전자파 흡수체(200) 또한 단위 셀(220)의 표면 전체가 대체로 라운드지도록 형성하고, 표면적이 증가되도록 다단으로 형성하고, 표면에 복수 개의 관통홀(222)을 형성한다.
또한, 제2 실시예의 광대역 전자파 흡수체(200)는 단위 셀(220)의 표면에 형성된 복수 개의 관통홀(222)들에 의해 대기의 공기와의 접촉면을 가능한 극대화시켜서 열 방출이 효과적으로 이루어지도록 한다.
이러한 제2 실시예의 광대역 전자파 흡수체(200)는 예컨대, 폴리프로필렌(Polypropylene : PP), 폴리에틸렌(Polyethylene : PE) 등과 같은 폴리올레핀(Polyolefine : PO) 계열의 합성 수지와 나노 카본의 혼합물을 이용하여 제조된다.
도 8은 도 6에 도시된 제2 실시예에 따른 광대역 전자파 흡수체의 제조 수순을 나타내는 흐름도이다. 이 실시예의 광대역 전자파 흡수체는 전자파의 흡수율을 높이기 위해 합성 수지의 밀도를 낮추고 나노 카본의 배합 비율을 높이기 위해 발포형 흡수체 제작법으로 제조된다.
도 8을 참조하면, 이 실시예의 광대역 전자파 흡수체(200)는 단계 S250에서 폴리프로필렌(PP) 또는 폴리에틸렌(PE)의 원재료와 나노 카본을 혼합한다. 이 때, 폴리프로필렌, 발포제, 팽창 흑연, 페라이트, 폴리스틸렌, 폴리실란, 폴리왁스, 전도성 카본 분말 등의 원재료를 일정한 배합 비율로 계량하고 혼합한다. 여기서는 폴리프로필렌 100 중량부에 전도성 카본 분말은 10중량부의 비율로 혼합되도록 하여 전자파 흡수 성능을 높이도록 한다. 아울러, 광대역 전자파 흡수체(200)의 용도에 따라 카본의 함량을 적절하게 조절될 수 있다.
단계 S252에서 혼합된 혼합물을 호퍼에 투입시키고, 용기를 고속 회전시켜 믹싱되게 한다.
단계 S254에서 균일하게 믹싱된 혼합물을 압출시키고, 단계 S256에서 혼합된 혼합물을 발포하여 전도성 비드로 제작한다. 단계 S258에서 발포된 전도성 비드를 특정 형상의 성형틀에 넣어 압축 성형한다. 이어서 단계 S260에서 성형틀 내에서 제품을 이형시켜서 광대역 전자파 흡수체(200)를 제조한다.
이와 같이, 제2 실시예의 광대역 전자파 흡수체(200) 또한 카본 분말의 날림 현상을 방지하고, 전체적으로 균일하게 혼합된 재료로 발포되도록 하여 제품 성능이 일정하게 유지될 수 있다.
계속해서 도 9 내지 도 15를 이용하여 본 발명의 제3 실시예에 따른 광대역 전자파 흡수체를 설명한다.
도 9는 본 발명의 제3 실시예에 따른 광대역 전자파 흡수체의 일부 구성을 도시한 사시도이고, 도 10은 도 9에 도시된 광대역 전자파 흡수체의 정면도이고, 도 11은 도 9에 도시된 광대역 전자파 흡수체의 평면도이고, 도 12는 도 9에 도시된 광대역 전자파 흡수체의 배면도이며, 그리고 도 13은 도 12에 도시된 흡수체의 A-A' 단면도이다.
도 9 내지 도 13을 참조하면, 이 실시예의 광대역 전자파 흡수체(300)는 예컨대, 발포 폴리프로필렌(Expanded Polypropylene : EPP)을 포함하는 원재료와, 도전성 물질의 나노 카본(CNT)을 혼합한 친환경 소재를 이용하여 성형 제조된다. 즉, 이 실시예의 광대역 전자파 흡수체(300)는 EPP 원재료와 나노 카본(CNT)을 일정 비율로 혼입하여 발포 성형한 적층형의 전자파 흡수체로서, 베이스(310)와, 복수 개의 단위 셀(320)들을 포함한다. 또 광대역 전자파 흡수체(300)는 광대역 특성을 얻기 위하여 피라미드 형상의 단위 셀(320)을 형성하고, 각 단위 셀(320)의 상단부(322), 복수 개의 측면 모서리부(324) 및 결합면의 변 부분(326)들에 라운드를 주어 전파가 흡수되거나 산란되는 면적을 증가시킨다.
이러한 광대역 전자파 흡수체(300)는 EPP 원재료와 나노 카본의 혼합 비율, 단위 셀의 배열 구조, 크기, 형상 등을 조절하여 원하는 전파 흡수 특성을 가지도록 설계된다. 예를 들어, 광대역 전자파 흡수체(300)가 EMC 챔버용인 경우, 표면 저항값은 105 내지 107 Ω의 크기를 가지며, 1 GHz 주파수 대역에서 15 dB 이상의 흡수율을 갖도록 형성된다. 또 마이크로파 챔버용의 경우에는 103 내지 105 Ω의 표면 저항값과, 1 GHz 주파수 대역에서 35 dB 이상의 흡수율을 갖도록 형성된다.
구체적으로, 베이스(310)는 일정 두께(H3)를 갖는 판 형상으로 구비된다. 베이스(310)는 상부면에 복수 개의 단위 셀(320)들이 동일한 패턴으로 배열된다. 이러한 베이스(310)는 발포 폴리프로필렌(EPP) 재질을 적용하여 내구성을 강화시키고, 재료 분진으로 인한 호흡기 질환 및 암 유발을 억제할 수 있다.
단위 셀(320)은 상향으로 테이퍼지게 돌출되고, 상단부(322)와 복수 개의 측면 모서리부(324)가 라운드(round) 진 피라미트 형상으로 형성된다. 즉, 단위 셀(320)은 하부면이 정사각인 피라미드 형상으로 구비되고, 베이스(310)의 상부면으로부터 일정 높이(H4)로 상향 돌출된다. 단위 셀(320)은 전파를 흡수 및 산란시키는 면적을 증가하기 위해 피라미드 형상의 상단부(322)와 4 개의 측면 모서리부(324)가 일정 직경으로 라운드지게 형성된다. 또 베이스(310)와 단위 셀(320)들 각각이 결합되는 결합면의 변과 모서리부(도 11의 326)들 또한 일정 크기의 직경으로 라운드지게 형성된다. 단위 셀(320)은 하부면에 베이스(310)의 바닥면으로부터 관통되고 일정 깊이(H5)를 가지며, 상부로 갈수록 좁아지게 함몰되는 원추형의 홈(도 13의 328)이 형성된다. 이 때, 원추형의 홈(328)은 상단부(도 13의 328a)가 일정 크기의 직경으로 라운드지게 형성된다.
이 실시예에서, 베이스(310)는 하나의 단위 셀(320)에 대해 일정 크기의 길이(C)를 갖는 정방형의 단면으로 구비되고, 일정 두께(H3)를 갖는다. 이 때, 단위 셀(320)들은 바닥면이 베이스(310)의 단면과 대체로 유사하도록 일정 크기의 길이(D)를 갖는 정방형의 단면을 갖고 베이스(310)의 상부면에서 일정 높이(H4)로 상향 돌출된다.
베이스(310)가 일정 크기(E)의 정방형으로 구비된 경우, 단위 셀(320)들은 용도에 따라 베이스(320)의 상부면에 복수 개가 N × N(N은 2 이상인 양의 정수) 배열로 서로 다르게 형성된다. 예를 들어, 단위 셀(320)들은 광대역 전자파 흡수체(300)의 용도에 따라 2 × 2, 3 × 3, 4 × 4, 6 × 6 배열 등으로 형성된다.
이 때, 베이스(310)는 광대역 전자파 흡수체(300)의 용도에 따라 서로 다른 높이(H3)를 갖으며, 이에 대응하여 단위 셀(320) 또한 서로 다른 크기(D)와 높이(H4)를 갖도록 형성된다.
또, 하나의 단위 셀(320)과 인접한 단위 셀(320)들 사이의 인접한 측면(321a, 321b)들에 의해 형성되는 경사각(α)은 배열 구조에 관계없이 동일한 각도로 형성된다. 또 단위 셀(320)은 베이스(310)와 하부면에 형성된 홈(328)의 양측면에 의해 형성되는 경사각(β)이 배열 구조에 관계없이 동일하게 형성된다. 또 단위 셀(320)은 동일한 면적의 베이스(310)에 갯수가 증가할수록 인접하는 단위 셀(320)들과의 간격(F)이 좁아지게 형성된다. 또 단위 셀(320)은 베이스(310)의 두께(H3)가 증가할수록 높이(H4)가 증가되게 형성된다.
이러한 제3 실시예에 따른 광대역 전자파 흡수체(300)는 동일한 면적의 베이스(310) 상에 형성되는 단위 셀(320)의 배열 구조에 따라 아래의 표 2와 같은 크기를 갖는다.
즉, 제3 실시예에 따른 광대역 전자파 흡수체(300)는 표 2에서와 같이, 동일한 면적의 베이스(310)에 형성되는 단위 셀(320)들의 배열 구조에 따라 베이스(310)의 두께(H3), 단위 셀(320)의 높이(H4), 단위 셀(320)들 간의 간격(F), 단위 셀(320)의 정방형의 폭(D), 홈(328)의 깊이(H5) 등이 달라진다. 또 전자파의 흡수 및 산란되는 면적을 최대화시키도록 단위 셀(320)의 크기 변경에 따라 단위 셀(320)의 상단부(322), 측면 모서리부(324), 결합면의 4 개의 변과 모서리부(326) 및 홈(328) 상단부(328a)의 라운드되는 반경 또한 달라질 수 있다.
Figure 112019042355878-pat00002
상술한 표 2에서와 같이, 이 실시예의 광대역 전자파 흡수체(300)는 동일한 단면적의 베이스(310) 상에 복수 개의 단위 셀(320)들의 배열 구조에 따라 다양한 크기의 단위 셀(320)으로 형성된다.
또 표 2에는 기재되지 않았으나, 단위 셀(320)의 라운드지는 부분들 예컨대, 상단부(322), 측면 모서리부(324), 결합면의 변과 모서리부(326) 및 홈(328)의 상단부(328a) 각각은 단위 셀(320)들의 배열 구조에 따라 다양한 크기의 반경을 갖도록 라운드지게 형성된다.
도 14는 도 9에 도시된 제3 실시예에 따른 광대역 전자파 흡수체의 흡수율 측정 결과를 나타내는 파형도이다.
도 14를 참조하면, 이 실시예의 광대역 전자파 흡수체(300)는 흡수율 측정 결과, 최소 -31.66 dB, 최대 -44.47 dB의 흡수율을 가지며 예를 들어, 1 GHz에서 -33.48 dB, 2 GHz에서 -32.83 dB, 3 GHz에서 -32.36 dB, 그리고 18 GHz에서 -44.47 dB 등의 흡수율을 가진다.
일반적으로, 광대역 전자파 흡수체는 예컨대, 30 MHz에서 18 GHz까지의 전자기파를 흡수하는 것이 목적이며, 전자 장비들의 전자파 장해(EMI) 현상이나 전자파 감응성(EMS)등의 시험 및 안테나 특성 분석 등을 위한 전자파 암실 등에서 사용되고 있다. EMI/EMS 시험을 위해서는 30 MHz에서 1 GHz 대역의 전자파에 대해서 -20 dB 이상의 흡수 특성을 요구하고 있으며, 안테나의 특성 분석을 위해서는 1 GHz 내지 18 GHz 대역의 전자파에 대해서 -30 dB에서 -50 dB 이상의 흡수 특성을 요구하고 있다.
따라서 이 실시예의 광대역 전자파 흡수체(300) 또한 1 GHz에서 18 GHz의 주파수 대역에서 모두 30 dB 이상의 흡수율을 만족함을 알 수 있다.
그리고 도 15는 도 9에 도시된 제3 실시예에 따른 광대역 전자파 흡수체의 제조 수순을 나타내는 흐름도이다.
도 15를 참조하면, 이 실시예의 광대역 전자파 흡수체(300)의 제조 방법은 단계 S350에서 발포 폴리프로필렌(EPP) 원재료와 나노 카본(CNT)을 일정 혼합 비율로 계량하고, 이들을 혼합시킨다. 이 때, 나노 카본의 함량은 광대역 전자파 흡수체(100)의 용도에 따라 조절된다. 이 실시예에서 발포 폴리프로필렌 원재료와 나노 카본은 97 : 3의 혼합 비율 즉, 발포 폴리프로필렌 97 %, 탄소 나노 튜브(CNT) 3 %의 혼합 비율로 혼합된다. 여기서 발포 폴리프로필렌 원재료와 나노 카본을 호퍼에 투입시키고, 용기를 고속으로 회전시켜 혼합시킨다.
단계 S352에서 균일하게 혼합된 발포 폴리프로필렌(EPP) 원재료와 나노 카본의 혼합물을 압출기(extruding machine)에 넣어서 가압하여 마이크로 펠렛(micro-pellet)을 생산한다. 단계 S354에서 마이크로 펠렛을 익스펜더(expander)에 넣고 발포시켜서 전도성 비드를 생산한다.
단계 S356에서 전도성 비드를 원하는 형상의 사출기 또는 성형기에 넣고 가열 및 압축하여 광대역 전자파 흡수체(300)를 성형한다. 최종 생산되는 광대역 전자파 흡수체(300)는 1 GHz 내지 18 GHz의 광대역에서 30 dB 이상의 흡수율을 나타내도록 한다.
이와 같이, 이 실시예의 광대역 전자파 흡수체(300)는 나노 카본 분말의 날림 현상을 방지하고, 전체적으로 균일하게 혼합된 혼합물 재로로 성형하여 제품 성능이 일정하게 유지되도록 할 수 있다.
또 이 실시예의 광대역 전자파 흡수체(300)는 단위 셀(320)들의 상단부(322), 모서리 부분(324)과 변 부분(326)을 라운드진 피라미드 형상으로 형성하여 표면적이 증가되도록 하여 전자파가 흡수되거나 산란되는 면적을 최대화시킨다.
이상에서, 본 발명에 따른 광대역 전자파 흡수체 및 그의 제조 방법의 구성 및 작용을 상세한 설명과 도면에 따라 도시하였지만, 이는 실시예를 들어 설명한 것에 불과하며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변화 및 변경이 가능하다.
100, 200, 300 : 광대역 전자파 흡수체
110, 210, 310 : 베이스
120, 220, 320 : 단위 셀
122, 124, 222 : 관통홀
128, 328 : 홈

Claims (7)

  1. 광대역 전자파 흡수체에 있어서:
    일정 두께를 갖는 판 형상의 베이스; 및
    상기 베이스의 상부면에 바닥면이 정방형인 피라미드 형상으로 상향 돌출되어 균일한 패턴으로 배열되고, 표면적이 증가되도록 상기 피라미드 형상의 상단부와 복수 개의 측면 모서리들 및 상기 베이스와 결합되는 결합면의 모서리부 부분이 각각 라운드지게 형성되며, 하부면에 상기 베이스를 통하여 관통되어 상부로 갈수록 좁아지게 함몰되는 원뿔 형상의 홈이 형성되는 복수 개의 단위 셀들을 포함하되;
    상기 베이스와 상기 단위 셀들은 발포 폴리프로필렌을 포함하는 원재료와, 카본을 혼합한 혼합물로 성형되고;
    상기 광대역 전자파 흡수체는 용도에 따라 동일한 면적의 상기 베이스 상에 상기 단위 셀들이 N × N(N은 2 이상인 양의 정수) 배열로 서로 다르게 형성되고;
    상기 단위 셀은 상기 광대역 전자파 흡수체의 용도에 따라 서로 다른 크기와 높이를 갖도록 형성되며;
    인접한 상기 단위 셀들의 인접한 측면들에 의해 형성되는 경사각과, 상기 홈의 대향하는 측면들에 의해 형성되는 경사각이 상기 단위 셀의 배열 구조에 관계없이 동일하게 형성되는 것을 특징으로 하는 광대역 전자파 흡수체.
  2. 삭제
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 단위 셀은,
    상기 베이스의 두께가 증가할수록 높이가 증가되게 형성되는 것을 특징으로 하는 광대역 전자파 흡수체.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 단위 셀은,
    동일한 면적의 상기 베이스에 갯수가 증가할수록 인접하는 단위 셀들과의 간격이 좁아지게 형성되는 것을 특징으로 하는 광대역 전자파 흡수체.
  5. 청구항 3에 있어서,
    상기 홈은;
    상단부가 라운드지게 형성되는 것을 특징으로 하는 광대역 전자파 흡수체.
  6. 광대역 전자파 흡수체에 있어서:
    일정 두께를 갖는 판 형상의 베이스; 및
    상기 베이스의 상부면에 바닥면이 정방형인 피라미드 형상으로 상향 돌출되어 균일한 패턴으로 배열되고, 표면적이 증가되도록 상기 피라미드 형상의 표면에 복수 개의 관통홀들이 형성되며, 하부면에 상기 베이스를 통하여 관통되어 상부로 갈수록 좁아지게 함몰되는 피라미드 형상의 홈이 형성되는 복수 개의 단위 셀들을 포함하고;
    상기 베이스와 상기 단위 셀들은 폴리프로필렌 또는 폴리에틸렌을 포함하는 원재료와, 카본을 혼합한 혼합물로 성형되고;
    상기 단위 셀은 상기 베이스의 상부면에 원뿔 형상으로 일정 높이 상향 돌출되어 제1 및 제2 흡수 몸체가 적층되는 다단 구조로 형성되되;
    상기 제1 흡수 몸체는 하부면에서 상부면으로 갈수록 단면적이 작아지게 돌출되어 하부면이 정방형의 단면을 가지고, 상부면이 원형으로 구비되고, 측면의 모서리 부가 라운드지게 형성되고;
    상기 제2 흡수 몸체는 상기 제1 흡수 몸체의 상부면에 적층되는 원뿔 형상으로 구비되어 표면에 상기 관통홀들이 상기 홈과 연통되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 광대역 전자파 흡수체.
  7. 삭제
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