KR102119575B1 - 광대역 전자파 흡수를 위한 공진회로의 유전체를 포함하는 유전체 패턴 및 이를 포함하는 정전용량 패널 - Google Patents

Abstract

본 발명은 항공기의 스킨을 구성하는 항공기 용 패널에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 항공기 패널의 유전체 구성물을 통해 전자파 주파수 대역에 대한 바이패스 기능을 활성화하되, 전자파의 편향 및 파장의 길이에 대한 영향을 최소화하여 광대역 전자파 흡수 성능을 향상시킨 광대역 전자파 흡수를 위한 공진회로의 유전체 및 이를 포함하는 유전체 패턴 및 이를 포함하는 항공기 용 정전용량 패널에 관한 것이다.

Description

광대역 전자파 흡수를 위한 공진회로의 유전체를 포함하는 유전체 패턴 및 이를 포함하는 정전용량 패널{Pattern of Dielectric substance having Dielectric substance of Resonance Circuit for Broadband Electromagnetic absorption and Capacitance Panel having the Same}

본 발명은 항공기의 스킨을 구성하는 항공기 용 패널에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 항공기 패널의 유전체 구성물을 통해 전자파 주파수 대역에 대한 바이패스 기능을 활성화하되, 전자파의 편향 및 파장의 길이에 대한 영향을 최소화하여 광대역 전자파 흡수 성능을 향상시킨 광대역 전자파 흡수를 위한 공진회로의 유전체 및 이를 포함하는 유전체 패턴 및 이를 포함하는 항공기 용 정전용량 패널에 관한 것이다.

차세대 항공기의 조건 중 하나는 스텔스(stealth) 기능이다. 스텔스 기능이란, 전파를 발생시켜 목표물에서 반사되는 반사파를 이용해 목표물을 감지하는 레이더의 입사전파를 흡수하여 반사파가 발생하지 않도록 함으로써 상대의 레이더망에 포착되는 확률을 낮추는 은폐 기술을 말한다. 즉 상대의 감시망을 피해 원하는 임무를 안전하고 정확하게 수행할 수 있는 기능이 차세대 항공기에 요구되고 있다.

항공기를 탐지하는 레이더의 반사면적(RCS, Radar Cross Section)을 줄이기 위해 일반적으로 알려져 있는 방법으로는 전파흡수물질(RAM, Radiation Absorbent Material) 도료를 항공기 외면에 도장하여 레이더의 전파를 흡수시키는 방법과, 전투기의 형상을 전파흡수구조체(RAS, Radiation Absorbent Structure)로 설계하는 방법을 통해 전파를 산란하거나 흡수시키는 방법을 사용하는 것이다.

그러나 이러한 방법들의 경우 극비사항으로써 그 실체가 알려지지 않아, 실제로 전파흡수물질 도료는 어떠한 성분으로 제조되어 있는지 상세하게 알려져 있지 않고, 레이더 전파를 산란시키기 위한 전파흡수구조체(RAS)의 경우에는 가시적으로 두드러진 형상에 의해 구조 설계 방법 등을 적용하여 스텔스 항공기들을 제조하고 있으나, 형상 설계적인 부분이므로 레이더 전파 흡수에는 한계가 있어 보다 실용적이면서도 전파흡수성능이 우수한 레이더의 반사면적(RCS) 감소에 관한 기술이 요구되고 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서 본 발명의 목적은, 레이더 전파와 같이 외부 노이즈 성 신호 주파수 성분을 바이패스 시킬 수 있도록 항공기의 스킨을 구성하는 패널에 정전용량 값을 갖도록 구성하여 레이더 탐지 전파에 대한 레이더의 반사면적(RCS)을 감소시킨 광대역 전자파 흡수를 위한 공진회로를 갖는 항공기 용 정전용량 패널을 제공함에 있다.

또한, 운용되는 다양한 레이더 주파수의 파장에 대응하여 최적의 공진을 발생시켜 레이더 전파의 흡수가 이루어질 수 있는 형상을 갖는 공진회로의 유전체를 제공함에 있다.

특히 항공기가 레이더 전파와 편향되지 않는 방향으로 기동 시 특정 밴드 영역에서 전파흡수 성능이 떨어지는 것을 방지하도록 어떠한 방향에서 전파가 입사되어도 최대 공진이 발생할 수 있도록 복수의 유전체 패턴을 구성한 광대역 전자파 흡수를 위한 공진회로의 유전체 및 이를 포함하는 유전체 패턴 및 이를 포함하는 항공기 용 정전용량 패널을 제공함에 있다.

본 발명의 일실시 예에 따른 광대역 전자파 흡수를 위한 공진회로의 유전체는, 공진회로에 적용되는 유전체에 있어서, 상기 유전체는, 단면이 최대 길이를 갖는 장축과, 최소 길이를 갖는 단축을 포함하는 각형 또는 곡선형으로 이루어진다.

또한, 상기 유전체는, 단면이 대칭 또는 비대칭인 다각형 또는 타원형인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 장축의 길이는, 입사되는 전자파 중 최대 파장 길이를 갖는 전자파의 파장 길이의 1/8~ 1 이고, 상기 단축의 길이는, 입사되는 전자파 중 최소 파장 길이를 갖는 전자파의 파장 길이의 1/8~ 1 인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 장축의 길이는, 레이더 전파 중 S-band 의 전자파의 파장 길이의 1/8~ 1 이고, 상기 단축의 길이는, 레이더 전파 중 X-band 의 전자파의 파장 길이의 1/8~ 1 인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 장축의 길이는, 상기 S-band 의 전자파의 최대 파장 길이에 대응되거나 그 이하이고, 상기 단축의 길이는, 상기 X-band 의 전자파의 최소 파장 길이의 1/8 이상인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일실시 예에 따른 광대역 전자파 흡수를 위한 공진회로의 유전체를 포함하는 유전체 패턴은, 상기 복수의 유전체가 방사형으로 배치된다.

또한, 상기 복수의 유전체는, 각각의 장축의 연장선이 어느 한 중심점을 경유하도록 배치된다.

또한, 상기 복수의 유전체는, 상기 중심점을 경유하는 직선상에 두 개 이상의 장축 또는 두 개 이상의 단축이 평행하도록 배치된다.

본 발명의 일실시 예에 따른 유전체를 포함하는, 항공기 용 정전용량 패널은, 몸체; 상기 몸체의 외면에 구비된 도장; 및 상기 몸체와 상기 도장 사이에 구비되는 유전체; 를 포함하며, 상기 도장은, 전도성 물질을 포함하고, 상기 몸체는 상기 도장 보다 전도성이 강한 재질로 이루어진다.

또한, 상기 유전체는, 복수 개가 구비되되, 각각의 장축의 연장선이 어느 한 중심점을 경유하도록 방사형으로 배치된다.

상기와 같은 구성에 의한 본 발명의 정전용량을 갖는 항공기 용 패널은, 유전체를 포함하고 있는 항공기 패널을 이용하여 레이더의 반사면적(RCS)을 감소시키기 때문에 일반적인 항공기 조립 시 적용이 가능하여 기존 설비 대비 추가적인 비용을 최소화하면서도 스텔스 기능을 활성화 할 수 있는 효과가 있다.

또한, 유전체 형상을 통해 어떠한 밴드의 레이더 전파가 입사되더라도 최적의 공진을 발생시켜 레이더 전파를 흡수함으로써 레이더의 반사면적(RCS) 감소 효율을 증가시킬 수 있는 효과가 있다.

특히, 레이더 전파와 편향되지 않는 방향으로 항공기가 기동하여도 최대 공진이 일어날 수 있도록 패널을 구성하여 항공기 탐지를 위해 광대역의 레이더 전파를 운용하더라도, 전파흡수성능을 유지할 수 있어 본 발명의 패널이 적용된 항공기의 전투력 및 생존능력을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일실시 예에 따른 항공기용 정전용량 패널 측면개략도
도 2는 본 발명의 일실시 예에 따른 유전체의 평면개략도
도 3a는 S-band 레이더 파장의 길이에 따른 장축 방향의 길이 결정에 대한 개념도
도 3b는 X-band 레이더 파장의 길이에 따른 단축 방향의 길이 결정에 대한 개념도
도 4는 본 발명의 일실시 예에 따른 복수의 유전체의 패턴에 대한 사시도
도 5a는 S-band 에 대한 본 발명의 유전체 패턴의 편향 방향이 도시된 평면도
도 5b는 X-band 에 대한 본 발명의 유전체 패턴의 편향 방향이 도시된 평면도

기본적으로 본 발명은 항공기의 스킨 패널(chassis)을 이용하여 레이더 전파를 바이패스 시켜 흡수하는 기술에 관한 것으로 본 발명의 패널은 몸체를 구성하는 금속부와, 도장 사이에 유전체 성분을 포함시켜 패널 자체가 정전용량(capacitance) 값을 가지게 하여 레이더 전파를 바이패스 컨덴서와 같은 기능으로 흡수하도록 함으로써 항공기의 레이더의 반사면적(RCS)을 감소시킬 수 있도록 구성한다.

특히, 상기 패널의 구성요소인 유전체의 특징적인 형상과, 복수의 유전체의 특징적인 패턴을 통해 항공기가 레이더 전파와 편향되지 않는 방향으로 기동 시에도 특정 밴드 영역에서 전파흡수 성능이 떨어지는 것을 방지하며, 어떠한 방향에서 전파가 입사되어도 최대 공진이 발생할 수 있도록 구성된다.

우선, 상기와 같은 본 발명의 일실시 예에 따른 항공기 용 정전용량 패널에 대하여 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 1에는 본 발명의 일실시 예에 따른 항공기용 정전용량 패널(100, 이하 "패널")의 측면개략도가 도시되어 있다. 도시된 바와 같이 패널(100)은 항공기 패널로 사용되는 알루미늄 계열의 몸체(110)와, 몸체(110)의 외면에 도포되는 도장(120)을 기본 구성으로 이루어진다. 또한 패널(100)은 정전용량 값을 갖도록 몸체(110)와 도장(120) 사이에 구비되는 유전체(150)를 더 포함하여 구성될 수 있다.

이때, 유전체(150)는 복수 개가 일정거리 이격 배치되는 어레이 형태로 이루어질 수 있다. 또한 각각의 유전체(150)는 도장(120)과 접촉되어 병렬로 연결된 형태를 이루게 된다. 이때, 유전체(150)는 필름 형태로 구비되거나, 액상으로 증착 등에 의해 몸체(110)에 코팅될 수 있다.

상기와 같은 구성의 패널(100)은 전도성 재질의 몸체(110)가 콘덴서 역할을 하게 되며, 유전체(150)가 저항체 역할을 하게 된다.

또한, 도장(120)은 금속, 탄소 또는 그래핀과 같은 강전도 물질을 포함하여 패널(10)은 강전도 물질과 약전도 물질 사이에 유전체를 포함하는, 공진회로(RLC 회로)가 구성될 수 있다. 따라서 패널(100)에 입사되는 입사 전파는 위 공진회로를 통해 그라운드 영역인 몸체(110) 상에 바이패스 되어 흡수될 수 있다.

특히 위와 같이 다수의 유전체(150)가 서로 병렬 연결된 형태의 공진회로를 구성하게 되면, 유전체와 유전체 사이의 공간이 인덕터 기능을 수행하게 되어 단수의 유전체로 구성된 공진회로에 비해 주파수에 따른 바이패스 영역이 확장되고, 정전용량 효율을 높일 수 있는 장점이 있다. 따라서 복수의 유전체(150)와 유전체 사이에는 절연체(130)가 구비될 수 있고, 절연체(130)는 몸체(110)와 도장(120)의 접촉도 방지하게 된다.

상기와 같이 정전용량 패널(100)의 필수 구성요소인 본 발명의 일실시 예에 따른 복수의 유전체(150)는, 다양한 대역을 갖는 레이더 전파에 대응하여 즉 레이더 주파수의 파장(λ)에 대응하여 최적의 공진을 이루도록 구성된다. 즉 어떠한 종류의 레이더 전파가 입사되더라도 흡수 효율을 향상시킬 수 있도록 다음과 같은 특징적인 구성을 갖는다.

도 2에는 본 발명의 일실시 예에 따른 유전체(150)의 평면개략도가 도시되어 있다. 또한 도 3a에는 S-band 레이더 파장의 길이에 따른 장축 방향의 길이 결정에 대한 개념도가 도시되어 있고, 도 3b에는 X-band 레이더 파장의 길이에 따른 단축 방향의 길이 결정에 대한 개념도가 도시되어 있다.

유전체(150)의 형상을 결정함에 있어서 다양한 주파수의 전자파에 대응하기 위해서는 각각의 파장과, 편파 방향에 대한 제약성을 줄여야 한다. 이를 위해서는 다양한 대역의 주파수의 전자파에 대응하는 전자파의 파장(λ)에 대응하는 폭을 갖도록 유전체(150)의 형상이 결정될 수 있다. 보다 상세하게는 유전체(150)의 최대 폭은 최대 파장(λ) 길이를 갖는 주파수의 전자파에 대응되는 길이를 갖고, 유전체(150)의 최소 폭은 최소 파장(λ)의 길이를 갖는 주파수의 전자파에 대응되는 길이를 갖도록 구성하는 것이 바람직하다. 이를 만족시키기 위해서 본 발명의 일실시 예에 따른 유전체(150)는 최장 직경을 갖는 장축(151)과, 최단 직경을 갖는 단축(152)이 공존하는 타원형으로 이루어질 수 있다.

이때, 도면상에는 입사되는 전자파의 파장(λ)의 길이에 따라 최적으로 공진할 수 있는 유전체의 길이가 파장(λ)의 길이의 1/2 로 기재되어 있으나, 유전체의 특성 상 파장(λ)의 길이에 대응되거나, 파장(λ)의 길이의 1/4 또는 1/8의 길이만으로도 우수한 공진 특성을 나타내며, 경우에 따라서는 파장(λ)의 길이의 1/2 보다 나은 공진 특성을 나타낼 수 있으므로, 입사되는 전자파의 파장(λ)의 길이에 따라 최적으로 공진할 수 있는 유전체의 길이는 파장(λ)의 길이의 1/8 이상 ~ 파장(λ)의 길이에 대응되도록 구성될 수 있다.

따라서 유전체(150)의 장축(151)의 길이는 레이더 전파 중 최대 파장(λ1)을 갖는 주파수 일예로 S-Band 레이더 전파에 대응되도록 최대 파장(λ1)의 1/8 이상 ~ 파장(λ)의 길이에 대응되도록 결정될 수 있다. 즉 S-band 레이더 전파의 파장이 10cm 일 경우 유전체(150)의 장축(151)의 길이는 1.25cm ~ 10cm 일 수 있다. (도 3a 참조)

또한, 유전체(150)의 단축(152)의 길이는 레이더 전파 중 최소 파장(λ2)을 갖는 주파수 일예로 X-Band 레이더 전파에 대응되도록 최소 파장(λ2)의 1/8 이상 ~ 파장(λ)의 길이에 대응되도록 결정될 수 있다. 즉 X-band 레이더 전파의 파장이 3cm 일 경우 유전체(150)의 단축(152)의 길이는 0.375cm ~ 3cm 일 수 있다. (도 3b 참조)

상기와 같은 타원형의 유전체(150)는 장축(151)부터 단축(152) 사이의 길이 결정을 통해 S-band 레이더 전파에서부터 X-band 레이더 전파 사이에 포함되는 모든 주파수의 파장에 대하여 최적의 공진을 발생시키도록 하여 전파 흡수 성능을 확보하도록 구성할 수 있다.

아래 표에는 대역 별 주파수와 파장의 길이에 대하여 도시하였다.

이때 레이더 전파의 대역은 주로 S-band, C-band 및 X-band 가 사용되므로, 유전체(150)의 장축(151)의 길이는 S-band 의 파장의 길이인 7~15cm 의 1/8~ 1로 결정될 수 있다. 즉 장축(151)은 0.875cm ~ 15cm 일 수 있고 보다 바람직하게는 15 cm 일 수 있다.

또한, 유전체(150)의 단축(152)의 길이는, X-band 의 파장의 길이인 2.4~3.75cm 의 1/8~ 1로 결정될 수 있다. 즉 단축(152)은 0.3cm ~3.75cm 일 수 있고, 보다 바람직하게는 0.3cm 일 수 있다.

다음으로 본 발명의 일실시 예에 다른 정전용량 패널(100)은 레이더 전파와 편향되지 않는 방향으로 항공기가 기동 시에도 특정 밴드 영역에서 전파흡수 성능이 떨어지는 것을 방지하도록 다음과 같은 특징적인 구성을 갖는다.

특정 방향에서 항공기를 향해 입사되는 레이더 전파 즉 편향 전자파를 항공기 내부로 바이패스 하기 위해서는 편향 전자파와, 정전용량 패널(100)의 유전체(150)와의 편향 방향 일치가 필요하다. 편향 전자파와 유전체(150)의 편향 방향이 불일치 할 경우 전자파 흡수 성능이 저하되기 때문이다.

그러나 공중에서 다양한 방향으로 기동하는 항공기에서 레이더 전파에 대하여 항상 정확한 편향을 이루어 기동하는 것이 어렵고 유전체 또한 정전용량 패널(100)에 고정되기 때문에 유전체의 위치 변경 또한 불가하다. 따라서 본 발명은 복수의 유전체(150)에 대하여 다음과 같은 특징적인 패턴을 통해 어떠한 방향에서 레이더 전파가 입사되더라도 또한, 어떠한 방향으로 항공기가 기동하더라도 레이더 전파와 유전체(150)가 편향이 이루어질 수 있도록 다음과 같이 구성하였다.

도 4에는 본 발명의 일실시 예에 따른 복수의 유전체(150)의 패턴에 대한 사시도가 도시되어 있고, 도 5a에는 S-band 에 대한 본 발명의 유전체(150) 패턴의 편향 방향이 도시되어 있고, 도 5b에는 X-band 에 대한 본 발명의 유전체(150) 패턴의 편향 방향이 도시되어 있다.

도시된 바와 같이 본 발명의 일실시 예에 따른 유전체 패턴(PDS, Pattern of Dielectric substance)은 복수의 유전체(150a~150h)의 조합으로 이루어질 수 있다. 또한, 유전체 패턴(PDS)은 복수의 유전체(150a~150h) 장축의 연장선이 어느 한 중심(C)을 지나가도록 방사형으로 배치될 수 있다.

상기와 같은 유전체 패턴(PDS)을 통해 도 5에 도시된 바와 같이 어떠한 대역의 주파수 별 파장의 길이에 따라 편향되는 전자파 방향에 대응하여 최적의 공진을 발생시킬 수 있도록 구성된다.

본실시 예에 따른 유전체 패턴(PDS)을 구성하게 되면, 최대 8방향에서 전파가 입사된다고 가정할 경우 최소 2개의 유전체는 입사되는 전파에 대하여 최대 공진을 발생시킬 수 있기 때문에 어떠한 방향에서 전파가 입사되어도 최적의 공진을 발생시킬 수 있도록 구성된다.

본실시 예에서는 8개의 유전체를 통해 유전체 패턴(PDS)을 구성하였으나, 패널의 크기 또는 정전용량의 요구 조건에 따라 가감될 수 있고, 유전체의 수를 본실시 예보다 증가시킬 경우 공진 효율이 보다 증가될 수 있다.

한편 본 발명의 일실시 예에 따른 항공기 용 정전용량 패널(100)은, 타원형으로 이루어진 단위 유전체(150)와, 복수의 단위 유전체(150)를 방사형으로 배치한 유전체 패턴(PDS)을 포함할 수 있다. 또한, 최종적으로 항공기의 정전용량 패널(100)의 크기(면적)에 따라 단위 유전체(150) 패턴들이 배향될 수 있다. 즉 단위 유전체(150)의 개수는 제작하는 항공기의 패널 크기나 적용부위에 따라 유동적으로 변화 될 수 있다.

본 발명의 상기한 실시 예에 한정하여 기술적 사상을 해석해서는 안 된다. 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당업자의 수준에서 다양한 변형 실시가 가능하다. 따라서 이러한 개량 및 변경은 당업자에게 자명한 것인 한 본 발명의 보호범위에 속하게 된다.

100 : 항공기 용 정전용량 패널
110 : 몸체
120 : 도장
130 : 절연체
150 : 유전체
151 : 장축 152 : 단축
PDS : 유전체 패턴

Claims (10)

1. 단면이 최대 길이를 갖는 장축과, 최소 길이를 갖는 단축을 포함하는 각형 또는 곡선형으로 이루어진, 공진회로의 유전체를 복수 개 배치하는 유전체 패턴에 있어서,
   상기 유전체 패턴은,
   상기 복수의 유전체가 방사형으로 배치되는, 광대역 전자파 흡수를 위한 공진회로의 유전체를 포함하는 유전체 패턴.
   
2. 단면이 대칭 또는 비대칭인 다각형 또는 타원형인, 공진회로의 유전체를 복수 개 배치하는 유전체 패턴에 있어서,
   상기 유전체 패턴은,
   상기 복수의 유전체가 방사형으로 배치되는, 광대역 전자파 흡수를 위한 공진회로의 유전체를 포함하는 유전체 패턴.
   
3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
   상기 복수의 유전체는,
   각각의 장축의 연장선이 어느 한 중심점을 경유하도록 배치되는, 광대역 전자파 흡수를 위한 공진회로의 유전체를 포함하는 유전체 패턴.
   
4. 제 3항에 있어서,
   상기 복수의 유전체는,
   상기 중심점을 경유하는 직선상에 두 개 이상의 장축 또는 두 개 이상의 단축이 평행하도록 배치되는, 광대역 전자파 흡수를 위한 공진회로의 유전체를 포함하는 유전체 패턴.
   
5. 단면이 최대 길이를 갖는 장축과, 최소 길이를 갖는 단축을 포함하는 각형 또는 곡선형으로 이루어진, 공진회로의 유전체를 포함하는, 정전용량 패널에 있어서,
   상기 패널은,
   몸체;
   상기 몸체의 외면에 구비된 도장; 및
   상기 몸체와 상기 도장 사이에 구비되는 유전체; 를 포함하며,
   상기 도장은, 전도성 물질을 포함하는, 정전용량 패널.
   
6. 단면이 대칭 또는 비대칭인 다각형 또는 타원형인, 공진회로의 유전체를 포함하는, 정전용량 패널에 있어서,
   상기 패널은,
   몸체;
   상기 몸체의 외면에 구비된 도장; 및
   상기 몸체와 상기 도장 사이에 구비되는 유전체; 를 포함하며,
   상기 도장은, 전도성 물질을 포함하는, 정전용량 패널.
   
7. 제 5항 또는 제 6항에 있어서,
   상기 유전체는,
   복수 개가 구비되되,
   각각의 장축의 연장선이 어느 한 중심점을 경유하도록 방사형으로 배치되는, 정전용량 패널.
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