KR102138266B1 - Mie 공진을 활용한 고온 유전율 측정 시스템 및 측정 방법 - Google Patents

Mie 공진을 활용한 고온 유전율 측정 시스템 및 측정 방법 Download PDF

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Abstract

본원 발명은 시편을 가열하는 가열부, 시편 지지부재를 구비한 시편부, 마이크로 전자파를 송수신하는 전자파 안테나 및 전자파 투과형 단열재로 구성되어 있는 전자파 검출 안테나부, 전자파 검출 안테나부로부터 검출된 주파수를 이용하여 고온 유전물성을 연산하는 제어유닛부 및 지지판에 부착 고정되어 시편부를 통과한 전자파를 흡수하는 전자파 흡수부를 포함하고, 상기 제어유닛부는 시편에서 마이크로 전자파로 인해 발생하는 Mie 공진 주파수(Mie resonance frequency)를 이용하여 유전율을 연산하는 고온 유전율 측정 시스템 및 고온 유전율 측정 방법에 관한 것이다.

Description

Mie 공진을 활용한 고온 유전율 측정 시스템 및 측정 방법{Mie open resonator method for reliable permittivity measurement of loss-less ceramics in microwave frequency at high temperature}
본원 발명은 고온에서 적합한 전파투과장 소재의 정확한 유전물성 평가를 하는 장치 및 방법에 관한 것이다. 특히, 열린 공간에서 시편(specimen)을 직접 가열하고, Mie 공진 방법(Mie resonance method)으로 시편의 유전상수(유전율)(Permittivity constant)를 단일의 안테나 시스템으로 도출하는 방법에 관한 것이다.
최근 과학 및 산업의 발달이 가속화되면서 전자파를 원활하게 투과시킬 수 있는 재료를 분류해내어, 이러한 재료들을 적극적으로 활용하여 부품을 설계할 필요성이 증대되고 있다.
유전체(Dielectric material)의 전기적 특성을 나타내는 중요한 특성 값이 유전율(Permittivity:ε)이다. 즉, 유전율 측정은 많은 전자소자의 정확한 설계 파라미터를 제공하는 중요 정보가 될 수 있다.
전자파를 원활하게 투과시킬 수 있는 재료들을 적극적으로 활용하기 위해서는 각각의 재료들의 전자파 신호에 대응한 전기적 특성 및 전자파와의 상호관계 등에 대한 정확한 이해가 필요하다. 이는 설계자가 원하는 특성을 발휘하는 재료의 선정 및 응용의 재료를 활용을 통하여 관련 부품의 개발을 하는 것이 가능해진다.
전자파는 임의의 매질을 통과할 때 매질의 유전 특성에 따라 파장에 변화가 발생한다. 따라서 전자파가 통과하는 매질의 유전 특성을 미리 정확하게 파악하고 있어야 전자파를 적절하게 활용할 수 있다.
종래의 선행기술문헌에는 금속 벽면으로 둘러싸인 닫힌 공동에서의 Fabry-Perot법을 이용한 유전물성 평가를 하거나 또는 열린 공간에서 두 개의 거울을 이용하여 열린 공동 내에서의 Fabry-Perot을 이용한 유전물성 평가를 하고 있다.
아래의 선행기술문헌의 유전물성 측정은 주로 닫힌 공간에서 유전물성을 측정함에 따라 시편 및 설비의 크기가 제한되어 있다. 그리고 기존의 유전물성 측정은 공동공명기나 도파관을 이용하여 상온 및 저온에서만 측정이 가능하고 고온 환경에서는 내부 온도구배가 발생하기 때문에 정확한 물성 값을 얻기 어렵다는 문제점이 있다.
따라서 원하는 온도 범위의 주파수 영역에서 마이크로파 투광 재료의 정확한 유전물성을 평가하기 위해서 새로운 유전물성을 측정 설비 시스템 및 시편이 설계를 필요로 하고 있다.
특허문헌 1: 한국등록특허 제10-1724333호(등록일 : 2017.04.30) 특허문헌 2: 한국등록특허 제10-1102575호(등록일 : 2011.12.28) 특허문헌 3: 미국특허공보 제6,864,690호(공고일: 2005.03.08) 특허문헌 4: 일본 공개특허공보 제2016-114431호 (공개일: 2016.06.23) 특허문헌 5: 한국등록특허 제10-1885666호(등록일: 2018.07.31)
비특허문헌 1: Vaid, J. K., A. Prakash, and A. Mansingh, "Measurement of dielectric parameters at microwave frequencies by cavity perturbation technique," IEEE Trans. Microwave Theory Tech., Vol. 27, 791-795, Sep. 1979. 비특허문헌 2: Breeden, K. H. and Langley, J. B.: 'Fabry-Perot cavity for dielectric measurements', The Review of Scientific Instruments, 1969, 40, pp. 1162-1163.
본원 발명은 목적은 고온에서 적합한 전파투과창 소재의 정확한 유전물성 평가 기법에 관한 것으로, 이전 방법들과 달리 열린 공간에서 Mie 공진을 사용하여 시편의 유전상수를 도출하는 방법을 제공하는 것이다.
본원 발명의 다른 목적은, 시편의 크기와 파장이 비슷한 경우 발생되는 Mie 공진으로 특정 주파수에서 유효 산란단면적이 증가하고 반사율이 가장 높은 것으로부터 시편의 유전율을 도출할 수 있는 것을 제공하는 것이다.
본원 발명의 또 다른 목적은 가열원을 사용하여 시편을 직접 가열하며, 단일 안테나 시스템을 활용하여 안정적인 가열 및 내열시스템을 구축하고 다양한 재료를 대상으로 상온에서부터 고온까지 유전율 변화를 평가하는 것을 제공하는 것이다.
본원 발명은 시편을 가열하는 가열부, 시편 지지부재를 구비한 시편부, 마이크로 전자파를 송수신하는 전자파 안테나 및 전자파 투과형 단열재로 구성되어 있는 전자파 검출 안테나부, 전자파 검출 안테나부로부터 검출된 주파수를 이용하여 고온 유전물성을 연산하는 제어유닛부 및 지지판에 부착 고정되어 시편부를 통과한 전자파를 흡수하는 전자파 흡수부를 포함하고, 상기 제어유닛부는 시편에서 마이크로 전자파로 인해 발생하는 Mie 공진 주파수(Mie resonance frequency)를 이용하여 유전율을 연산하는 것을 특징으로 하는 고온 유전율 측정 시스템을 제공한다.
본원 발명은 상기 시편은 제1표면 및 제2 표면으로 구성되고, 상기 시편에 조사된 전자파 검출 안테나부에서 시편에 조사된 전자파는 상기 제1표면에서 반사되고, 제2표면을 통과한 전자파는 전자파 흡수부에서 흡수되는 것을 특징으로 한다.
본원 발명은 상기 시편은 제1표면 및 제2 표면은 서로 평행으로 구성되어 있는 것을 특징으로 한다.
본원 발명은 유전율은 반사 스펙트럼에서 측정된 피크 주파수와 데이터베이스로부터 얻은 데이터를 비교하여 산출하는 것을 특징으로 한다.
본원 발명은 프로판 토치 가열원으로 시편을 직접 가열하는 것을 특징으로 한다.
본원 발명은 토치는 상기 시편의 온도 구배가 발생하지 않도록 상기 시편보다 충분히 큰 크기로 가열하는 것을 특징으로 한다.
본원 발명은 상기 시편은 온도 구배가 발생하지 않고 2000℃까지 가열되는 것을 특징으로 한다.
본원 발명은 상기 시편에서 반사되는 반사 주파수의 피크의 세기 정보를 단일의 전자파 안테나로 측정하여 유전율을 산출하는 것을 특징으로 한다.
본원 발명은 상기 시편의 크기에 따른 유전율의 범위와 마이크로파 주파수 대역에 대한 전산모사를 통해 상기 시편의 유전 물성과 반사파의 최고점이 나타나는 피크 주파수 사이 상관관계를 얻어 유전율을 산출하는 것을 특징으로 한다.
본원 발명은 토치를 지지판에 부착된 전자파 흡수재와 지지부재 사이에 배치하는 단계, 시편을 상기 지지부재에 고정하는 단계, 상기 시편을 토치로 가열하는 단계, 상기 시편을 토치로 가열시 전자파 안테나에 직접 영향을 미치는 것을 방지하도록 전자파 투과형 단열재로 보호하는 단계, 전자파 안테나가 상기 시편에서 전자파 조사 및 수신하는 전자파 송수신 단계 및 상기 시편에서 발생되는 Mie 공진 주파수를 이용하여 시편의 유전율을 연산하는 단계를 포함하는 Mie 공진을 이용한 재료의 고온 유전율 측정 방법에 제공한다.
본원 발명은 종래 방법들과 다르게 Mie 공진을 활용하여 시편의 유전상수를 도출하는 방법으로 스펙트럼에서 반사율이 가장 높은 반사 피크값을 통해 시편의 유전율을 도출할 수 있는 장치 및 방법이다. 반사되는 마이크로파의 피크 세기 정보만을 사용하기 때문에 단일 안테나 하나만으로도 유전 특성의 측정이 가능하다는 장점이 있다.
본원 발명은 측정하고자 하는 시편의 유전율 범위와 사용 주파수 대역과 전산모사를 통한 시편의 유전 물성과 반사파의 최고점이 나타나는 주파수 사이 상관관계를 데이터베이스화하여 시편의 유전율을 역산할 수 있는 장점이 있다.
본원 발명은 기존의 안테나 2개와 Fabry-Perot 공진을 이용한 방법으로 유전물성을 측정할 경우 안테나 사이 공간이 협소하여 극초고온까지 가열하고 유지할 수 있는 설비를 구축하기 어려웠다. 하지만, 본원 발명은 시편에서 반사되는 피크를 활용하며 반사되는 주파수 피크의 세기 정보만 필요하기 때문에 고온 환경을 위한 프로판토치, 내열설비 및 단일 안테나만 사용해도 정확한 유전물성 측정이 가능한 장점이 있다.
도 1은 본원 발명의 Mie 공진을 이용한 고온 유전물성 평가 측정 시스템의 개략도이다.
도 2는 서로 다른 유전율을 갖는 재료의 Ku 밴드 영역의 반사 피크의 변화를 나타내고 있다.
도 3은 8×8×40mm3의 크기를 가지는 알루미나 시편을 활용하여 상온에서 피크의 시뮬레이션 값과 실측치를 비교한 결과를 나타내고 있다.
도 4는 온도 변화에 따라 측정된 알루미나 시편의 Ku-band 영역에서의 반사 주파수의 메인 피크(main peak)값을 나타내고 있다.
도 5는 알루미나 시편의 고온 유전율 측정치를 나타내고 있다.
이하, 본원 발명의 Mie 공진(Mie resonance)을 이용한 유전율 측정 시스템 및 그 측정 방법에 대하여 본원 발명의 명세서에 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다.
도 1은 본원 발명의 Mie 공진을 이용한 고온 유전물성 평가 측정 시스템의 개략도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 고온 유전물성 평가 측정 시스템은 시편을 가열하는 가열부, 시편 지지부재를 구비한 시편부, 마이크로 전자파를 송수신하는 안테나부, 전자파 검출 안테나부로부터 검출된 주파수를 이용하여 고온 유전물성을 연산하는 제어유닛부 및 시편부를 통과한 전자파를 흡수하는 전자파 흡수부를 포함한다.
시편을 가열하는 가열부의 가열원은 토치(100)이다. 상기 토치(100)는 프로판 토치(a propane torch)가 사용될 수 있다. 그러나 이에 한정되지 않은 다양한 종류의 가스 토치들이 또한 사용될 수 있다.
프로판 가스(LPG)와 산소의 유량을 제어하는 질량유량제어기(a mass flow controller)에 의해 토치의 가열 온도가 조절된다(도시되지 않음). 토치의 가열 온도를 조절함으로서, 시편은 2000℃까지 가열될 수 있다. 시편의 온도는 2색 고온계(a two-color pyrometer)로 측정될 수 있다(도시되지 않음). 2000℃까지 고온의 시편의 온도 측정이 가능한 온도계가 사용될 수 있다.
시편부는 시편(200)과 시편을 지지하는 지지부재(210)를 포함한다. 지지부재(210)는 시편을 고정한다. 시편은 마이크로 전자파가 반사되는 제1표면(201)과 마이크로 전자파가 통과하는 제2표면(202)을 구비하고 있다.
시편 하부에 오목한 凹 형상 구멍을 내고, 지지부재에는 돌출형상의 凸을 형성하여, 시편을 지지부재와 요철(凹凸) 결합하는 구성으로 되어 있다.
요철(凹凸) 결합을 고정된 시편은, 토치에서 발생하는 고온 화염 가스의 유동에 따른 영향 등을 받지 않도록 견고하게 고정한다.
본원 발명에서는 지지부재인 내화벽돌(refractory bricks)의 가운데 시편이 위치하고 있으며, 예를 들어 측정 시편의 아랫면에 1mm 정도의 홈을 만들고, 지지부재의 원형 기둥을 끼워서 고정하는 방식을 채용하고 있다. 그러나 시편을 지지부재에 고정하는 구성은 이에 한정되지는 않는다.
한편, 램프 가열 방식을 사용하는 아세틸렌 또는 플라즈마 토치 시스템은 시편을 1500℃ 이상 가열할 수 있으나, 가열 영역이 시편의 크기에 비해 매우 적다. 또한, 측면 방향에서 온도 구배(a temperature gradient)가 있다. 이러한 온도 구배는 마이크로웨이브 빔(microwave beam)을 여러 방향으로 산란시키고 있다. 따라서 측정된 유전율의 정확도를 저하시킨다. 고주파수와 1500℃ 이상 고온하의 가혹한 환경에서 재료의 유전 상수를 신뢰성 있게 결정할 수 있는 설계가 필요하다. 그래서 시료를 넓은 범위에서 가열할 수 있는 프로판 토치가 사용되고 있다.
한편, 선행 기술의 파브리-페로 공진을 이용한 재료의 유전율 측정 시스템에서 측정 온도는 열원(전기로)의 제한으로 1,500℃도 정도로 제한되어 있습니다. 그러나 본원 발명의 토치로 시편을 직접 가열을 하는 시스템에서는 2,000℃까지 유전율 측정이 가능하였다.
또한, 선행 기술의 공진은 100mm*100mm 정도의 시편 크기에서 공진이 일어나고 있으므로, 시편에 온도 구배가 일어나지 않게 토치로 가열하는데 한계 있었다. 따라서 시편의 측정 위치에 따라 온도가 균일하지 않은 문제가 발생하여, 새로운 형태의 시편이 필요하였다. 선행 기술의 시편의 크기는 수 cm 크기이므로, 시편이 가지는 유전율에 따라서 공진이 일어나는 주파수 피크가 달라졌다
그러므로 본원 발명은 시편의 크기가 작은 영역에서 공진이 일어나는 Mie 공진을 활용하여 유전율을 측정하는 시스템을 제안하게 되었다. Mie 공진을 활용하면 작은 시편에서도 주파수 공진이 일어나는 것을 이용하여 유전율을 측정하였다.
Mie 공진 주파수(Mie resonance frequency)는 목표 샘플(a target sample)의 형상과 치수에 따라 크게 의존한다. Ku 밴드(12.4~18GHz) 주파수 영역에서 강한 반사 피크(an intense reflection peak)의 위치를 결정하기 위하여, Mie 공진이 일어나는 목포 샘플의 크기를 정의하는 것이 필요하다.
한편, 시편의 적절한 형상 및 크기를 설계하는데 유한 차분 시간 영역(Finite-Difference Time-Domain, FDTD) 분석이 사용될 수 있다. 이 분석법은 Ku 밴드 주파수 영역을 넘는 시편들의 산란 단면적(scattering cross-section)을 계산하는데 사용될 수 있다. 산란 단면적이 계산할 때, 실험 설정 조건들은 안테나 크기 및 안테나-시편의 구성과 같은 것들이 고려된다.
시편의 치수가 결정되면, 피크 주파수 및 유전율과 관련된 데이터베이스가 다양한 레벨의 유전율의 시뮬레이션으로부터 생성된다. 측정 후, 유전율(a dielectric constant)은 반사 스펙트럼(a reflection spectrum)에서 측정된 피크 주파수와 데이터베이스로부터 얻은 데이터를 비교하여 정보가 검색된다.
본원 발명은 시편은 4×4×40mm3에서 12×12×40mm3까지 변화시켜 Ku 밴드 주파수 대역의 유전율을 측정하였다. 알루미나와 실리카의 Ku 밴드 영역대에서 공진이 일어나는 고온의 피크 변화까지 고려하여 시편의 크기를 정한다. 그 결과 알루미나의 시편은 8×8×40mm3이 적절한 크기이고, 실리카의 시편은 12×12×40mm3이 적정한 크기였다.
토치는 시편의 온도 구배가 발생하지 않도록 시편보다 충분히 큰 크기로 가열한다. 토치의 가열부가 시편보다 작게 되는 경우에 시편에는 온도 구배가 발생한다. 본원 발명은 프로판 토치로 균일한 온도를 가진 시편으로 가열하여야 하므로 균일한 온도를 갖는 시편의 크기가 제약을 받을 수 있다.
전자파 검출 안테나부는 전자파 안테나(300) 및 전자파 투과형 단열재(310)를 포함하는 구성되어 있다. 전자파 안테나(300)는 시편(200)으로부터 전자파를 송수신하도록 이루어져 있다. 전자파 안테나(300)는 시편(200)을 향하여 전자파를 방사하고, 시편(200)으로부터 반사되는 전자파를 수신할 수 있는 구성으로 되어 있다.
시편(200)을 토치(100)로 가열하는 경우에 그 열원이 전자파 안테나(300)에 직접 영향을 줄 수 있기 때문에 전자파 안테나(300)를 보호하기 위해 전자파 투과형 단열재(310)를 사용한다.
고온 프로판 토치가 목표 시편을 가열하기 위해 전면에 위치된다. 안테나부의 혼 안테나는 가열 공정 동안에 어떤 열적 치명적인 영향을 받지 않도록 전자파 투과형 단열재는 세라울(cerawool)이다.
제어유닛부(400)는 전자파 안테나(300)와 연결되고, 시편으로 부터 전자파를 송수신하여, 유전특성을 평가한다. 제어유닛부(400)는 시편(200)에서 전자파로 통하여 고온에서 알루미나, 실리카 등의 유전 특성(dielectric properties)을 평가하기 위하여 Mie 공진 방법(Mie resonance method)을 사용한다.
시편(200)을 통과한 전자파는 전자파 흡수부의 전자파 흡수체(500)는 흡수된다. 시편의 반사 피크(Reflection peak)를 측정을 위해 시편을 통과한 반대 측에서 반사되는 전자파를 차단하기 위해 전자파 흡수체(500)가 사용된다. 전자파 흡수체(510)는 지지판(510)에 부착 고정된다.
각종 시편이 열 절연(thermal insulation) 내화 벽돌 지지부재로 고정된다. 예를 들어, 시편은 초점거리 30.5cm인 스폿 포커싱 Ku 밴드(12.4-18.0GHz)의 혼 안테나(horn antenna) 전면에 위치되어 있다.
본원 발명은 시편에서 반사되는 피크 주파수를 활용하므로, 반사되는 피크 주파수의 세기 정보만 필요하기 때문에 단일 안테나만 사용해도 정확한 유전물성 측정하는 것이 가능하다. 따라서 고온 환경을 위한 프로판토치, 단일 안테나부 및 내열설비를 구축하여 유전 특성을 측정할 수 있다.
Mie 공진 방법으로 다음의 요건을 고려하여 알루미나와 실리카 시편에 대한 유전 특성이 평가되었다.
첫째, 시편 내부에 온도 구배가 일어나지 않도록 시편의 크기는 토치의 가열 영역보다 훨씬 작고, 두께도 충분히 얇게 구성된다.
둘째, Mie 공진 방법은 유전율을 도출하기 위해 반사 피크 위치의 단일 정보를 사용하기 때문에 시편은 저손실 유전체로 이루어지는 것이 바람직하다.
셋째, 고온에서 유전율 계산에 시편의 열적 팽창은 고려되지 않았다.
넷째, 상기 사항들을 고려하여, Ku 밴드 주파수 영역에서 강한 주파수 피크를 결정하는데, Mie 공진이 일어나는 목표 샘플의 시편 크기를 정의한다. 그리고 Ku 밴드 영역에서 반사 피크 위치를 예측하는 시뮬레이션을 한다. 시편의 치수가 결정되면, 피크 주파수 및 유전율과 관련된 데이터베이스가 다양한 레벨의 유전율의 시뮬레이션으로부터 생성된다.
다섯째, 피크 주파수 측정 후, 유전율(a dielectric constant)은 반사 스펙트럼(a reflection spectrum)에서 측정된 피크 주파수와 데이터베이스로부터 얻은 데이터를 비교하여 정보 검색된다.
도 2는 서로 다른 유전율을 갖는 재료의 Ku 밴드 영역의 반사 피크의 변화를 나타내고 있다.
시편의 형상 및 크기는 측정하고자 하는 시편의 유전율 범위와 사용 주파수 대역에 따라 달라지고 있다. 시편의 크기 및 형상이 결정되면 해당하는 유전율의 범위와 마이크로파 주파수 대역에 대한 전산모사를 통해 시편의 유전 물성과 반사파의 최고점이 나타나는 피크 주파수 사이 상관관계를 얻을 수 있다. 이를 데이터베이스화 한다면 실험에서 얻은 측정값들의 최고점 주파수로부터 시편의 유전율을 역산할 수 있다.
그러므로 본원 발명은 공진을 통해 유전율을 도출하기 위해 실험에 사용하고자 하는 크기의 시편에 대해, 유전율 값에 변화를 주면서 다양한 시뮬레이션을 먼저 진행하였다. 도 2는 시편의 크기 및 유전율에 따른 피크 변화의 시뮬레이션을 나타내고 있다. 시편의 유전율이 달라짐에 따라 피크의 위치 변화를 먼저 데이터베이스화 한다. 또한, 이러한 시뮬레이션 값을 실제 유사한 유전율을 가지는 시편으로 검증하였다. 즉, 도파관 TRL(waveguide Through-Reflection-Line) 또는 자유공간 GRL(free-space Gate-Reflection-Line)의 접근으로 검증할 수 있다.
도 3은 8×8×40mm3의 크기를 가지는 알루미나 시편을 활용하여 상온에서 피크의 시뮬레이션 값과 실측치를 비교한 결과를 나타내고 있다.
시뮬레이션한 결과와 시편의 실제 측정의 반사 주파수의 피크값이 일치하고 있는 것을 알 수 있다.
도 4는 온도 변화에 따라 측정된 알루미나 시편의 Ku-band 영역에서의 반사 주파수의 메인 피크(main peak)값을 나타내고 있다.
이는 상온 및 고온에서의 반사 계수를 알루미나 시편을 가지고 측정한 실제값이다.
시편의 온도가 높아짐에 따라 메인 피크가 저주파수 대역으로 이동되는 것을 알 수 있다. 온도에 따른 메인 피크의 변화를 도 2에서 시뮬레이션한 값과 비교하여 고온에서의 유전율 값을 도출할 수 있다.
도 5는 알루미나 시편의 고온 유전율 측정치를 나타내고 있다.
온도가 상승함에 따라 측정된 유전율(유전상수)이 점점 증가하고 있음을 알 수 있다. 온도의 변화에 따른 알루미나의 시편의 증가율은 대략 0.0013/℃의 기울기를 가지고 있는 알 수 있다. 단일 안테나, Mie 공진 및 토치를 활용하여 측정한 알루미나 시편의 고온 유전율 측정하였다. 이는 고온에서 측정된 유전율이 온도의 증가에 따라 완만한 경사(a slight slope)를 나타내므로, 신뢰성을 가지고 있다.
따라서 본원 발명은 이전 방법들과 다르게 Mie 공진을 활용하여 시편의 유전상수를 도출하는 방법으로 스펙트럼에서 반사율이 가장 높은 반사 피크값을 통해 시편의 유전율을 도출할 수 있는 장치 및 방법이다. 반사되는 마이크로파의 피크 세기 정보만을 사용하기 때문에 단일 안테나 하나만으로도 유전 특성의 측정이 가능하다는 것이다.
본원발명의 실시 예에 따른 Mie 공진을 이용한 재료의 유전율 측정 방법은,
토치(100)를 지지판(510)에 부착된 전자파 흡수재(500)와 지지부재(210) 사이에 배치하는 단계;
시편(200)을 지지부재(210)에 고정하는 단계;
시편(200)을 토치(100)로 가열하는 단계; 시편(200)을 토치로 가열시 전자파 안테나(300)에 직접 영향을 미치는 것을 방지하도록 전자파 투과형 단열재(310)를 보호하는 단계;
전자파 안테나(300)가 시편에 전자파를 조사 및 수신하는 송수신 단계;
시편(200)에서 발생되는 Mie 공진 주파수를 이용하여 시편(200)의 유전율을 연산하는 단계;를 포함하여 이루어질 수 있다.
이상의 설명은 본원 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본원 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본원 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능 할 것이다.
또한, 본원 발명에 개시된 실시 예 및 첨부된 도면들은 본원 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예 및 첨부된 도면에 의하여 본원발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다.
본원 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본원 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100: 토치
200: 시편
210: 지지부재
300: 전자파 안테나
310: 전자파 투과 단열재
400: 제어유닛부
500: 전자파 흡수재
510: 지지판

Claims (10)

  1. 고온 유전물성 평가 측정 시스템은,
    시편을 가열하는 가열부;
    시편 지지부재를 구비한 시편부;
    마이크로 전자파를 송수신하는 전자파 안테나 및 전자파 투과형 단열재로 구성되어 있는 전자파 검출 안테나부;
    상기 전자파 검출 안테나부로부터 검출된 주파수를 이용하여 고온 유전물성을 연산하는 제어유닛부; 및
    지지판에 부착 고정되어 상기 시편부를 통과한 전자파를 흡수하는 전자파 흡수부;를 포함하고,
    상기 제어유닛부는 상기 시편에서 마이크로 전자파로 인해 발생하는 Mie 공진 주파수(Mie resonance frequency)를 이용하여 유전율을 연산하는 고온 유전율 측정 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 시편은 제1표면 및 제2 표면으로 구성되고,
    상기 전자파 검출 안테나부에서 상기 시편에 조사된 전자파는 상기 제1표면에서 반사되고, 상기 제2표면을 통과한 전자파는 상기 전자파 흡수부에서 흡수되는 고온 유전율 측정 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 시편은 상기 제1표면 및 상기 제2표면은 서로 평행하게 배치되는 고온 유전율 측정 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 유전율은 반사 스펙트럼에서 측정된 피크 주파수와 데이터베이스로부터 얻은 데이터를 비교하여 산출하는 것을 특징으로 하는 고온 유전율 측정 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 가열부는 프로판 토치를 포함하는 고온 유전율 측정 시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 프로판 토치는 상기 시편의 온도 구배가 발생하지 않도록 상기 시편보다 충분히 큰 크기로 가열하는 것을 특징으로 하는 고온 유전율 측정 시스템.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 시편은 온도 구배가 발생하지 않고 2000℃까지 가열되는 것을 특징으로 하는 고온 유전율 측정 시스템.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 시편에서 반사되는 반사 주파수의 피크의 세기 정보를 단일의 상기 전자파 안테나로 측정하여 유전율을 산출하는 것을 특징으로 하는 고온 유전율 측정 시스템.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 시편의 크기에 따른 유전율의 범위와 마이크로파 주파수 대역에 대한 전산모사를 통해 상기 시편의 유전 물성과 반사파의 최고점이 나타나는 피크 주파수 사이 상관관계를 얻어 유전율을 산출하는 것을 특징으로 하는 고온 유전율 측정 시스템.
  10. Mie 공진을 이용한 재료의 고온 유전율 측정 방법은,
    토치를 지지판에 부착된 전자파 흡수재와 지지부재 사이에 배치하는 단계;
    시편을 상기 지지부재에 고정하는 단계;
    상기 시편을 토치로 가열하는 단계;
    상기 시편을 토치로 가열시 전자파 안테나에 직접 영향을 미치는 것을 방지하도록 전자파 투과형 단열재로 보호하는 단계;
    상기 전자파 안테나가 상기 시편에서 전자파 조사 및 수신하는 전자파 송수신 단계; 및
    상기 시편에서 발생되는 Mie 공진 주파수를 이용하여 시편의 유전율을 연산하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 고온 유전율 측정 방법.
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