KR102303505B1 - 광학적으로 투명한 전자기 차폐 어셈블리 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 가변 전기 저항을 가진 전기 연결 장치(3)를 포함하는 광학적으로 투명한 차폐 어셈블리(10)에 관한 것이다. 전기 연결 장치는 투명한 기판(1)을 덮는 전도성 2차원 구조(20)와 전기적으로 전도성인 쉘부(101)를 전기적으로 연갈한다. 연결 장치의 저항은 RF 방사 강도에 따른 차폐 조립체가 사용 중에 실시간으로 또는 차폐 조립체에 설계된 감지 시스템(100)에 의해 조절될 수 있다.
Description
본 발명은 광학적으로 투명한 전자기 차폐 어셈블리에 관한 것이다.
많은 어플리케이션은 광학 센서, 예를 들어 적외선 영역에 놓인 광학 방사에 반응하는 센서를 사용한다. 하지만, 이러한 센서의 작동은 전자기 방사, 특히 마이크로파 도메인으로부터 방해 받을 수 있다. 이러한 마이크로파 방사는 실제로 외부에서 외부로부터 발생하는 마이크로파 방사에 대해 밀착한 부피로 원격으로 위치될 수 없어 센서에 바로 인접하게 위치되어야만 전자 회로와 상호 작용할 수 있다. 이러한 광학 센서 앞에서, 광학 방사에 적어도 부분적으로 투명하고 마이크로파 방사의 일부에 적어도 부분적으로 불투명한 차폐 요소가 배치되는 것이 공지되어 있다. 이를 위해, 차폐 요소는 광학 방사에 적어도 부분적으로 투명하지만 전기 전도성인 적어도 하나의 2차원 구조를 포함한다.
마이크로파 방사에 대하여 효과적인 보호를 얻기 위해서, 전도성 2차원 구조는 적기적으로 전도성이고 보호될 센서(들)을 둘러싸는 쉘의 적어도 일 부분에 전기적으로 연결되어야만 한다. 쉘의 이 부분은 전도성 2차원 구조를 위한 전기적 포텐셜 레퍼런스를 구성한다. 공학 센서(들)이 설치되는 차량 또는 지지대의 전기 접지에 전기적으로 연결될 수 있다.
보다 구체적으로, 본 발명 이전에 알려진 광학적으로 투명한 전자기 차폐 어셈블리는:
대향하는 두 개의 면을 가지는 강성 기판;
적어도 하나의 전기적으로 전도성인 2차원 구조; 및
전기 연결 장치;를 포함하며,
상기 강성 기판(1)은 마이크로파 방사로 불리는 0.1GHz 내지 40GHz의 주파수를 가지는 전자기 방사에 두 개의 면 사이에서 적어도 부분적으로 투명하고, 0.1μm 내지 15μm의 파장을 가지는 광학 방사(RO)에 두 개의 면 사이에서 적어도 부분적으로 투명하며,
2차원 구조는 기판의 면들 중 적어도 하나의 면에 배치되고 광학 방사(에 적어도 부분적으로 투명하며,
전기 연결 장치는 적어도 하나의 제1 단자와 적어도 하나의 제2 단자를 전기적으로 연결하며, 각각의 제1 단자는 전도성 2차원 구조에 전기적으로 연결되며, 각각의 제2 단자는 전기적으로 전도성인 쉘의 적어도 일부에 전기적으로 연결되도록 설계된다.
또한, 데시벨(dB)로 표현되고 EB(f)로 표시된 차폐 효율은 EB(f) = -10·log10(T(f))으로 정의될 수 있으며, 여기서 T(f)는 0.1GHz 내지 40GHz의 주파수(f)를 가지고 기판의 두 개의 면 사이에서 전도성 2차원 구조에 구비된 기판을 통과하도록 의도된 마이크로파 전자기 방사용 차폐 어셈블리의 에너지 전송 계수이다.
이제는, 다른 감지 시스템들이 동일한 주파수(f)에 대하여 다른 차폐 효율 값에 상응하는 다른 차례 레벨을 요구할 수 있다. 지금까지, 각각의 감지 시스템에 대해 상이한 차폐 어셈블리가 설계되고 생산되었으며, 2차원 구조는 차폐 효율을 위해 요구되는 값의 함수로서 설계되었다. 그러나, 이러한 설계는 서로 다른 차폐 효율 값을 위해 제조되는 일련의 차폐 어셈블리를 제한하며, 이로 인해 각 차폐 어셈블리의 단가를 감소될 수 없었다.
또한, 일부 복잡한 감지 시스템은, 광학 센서에 더하여, 마이크로파 대역에서 효율적인 전자기 방사 센서 또는 주파수 값의 관점에서 마이크로파 대역에 가까운 전자기 방사 센서를 포함한다. 그러면, 복잡한 감지 시스템은 모든 센서에 사용되는 동일한 차폐 어셈블리가 충분히 높은 차폐 효율 및 마이크로파 방사 센서(들)의 작동을 가능하게 하는 마이크로파 방사의 투명성의 레벨 사이에서 절충을 달성하는 것이 필요하다. 이제, 차폐 어셈블리를 통과할 것 같은 마이크로파 방사의 조건은 차폐 어셈블리가 이 마이크로파 방사에 충분히 투명해야만 하는 낮은 강도 레벨, 및 차폐 어셈블리가 적절한 차폐 효율을 생산해야만 하는 높은 강도 레벨 사이에서 상당한 정도 변화한다. 이러한 상황은 특히 방해 마이크로파 방사를 방출되는 타겟에 접근하는 시커 크래프트에서 발생한다. 이 방해 마이크로파 방사는 크레프트가 타겟에 접근함에 따라 증가하는 강도를 가지지만, 타켓은 광학 센서 외에 마이크로파 방사의 스펙트럼 영역에 반응하는 센서들을 부분적으로 사용함으로써 동시에 감지될 수 있다. 이제, 마이크로파 방사 센서는 원거리에서도 타겟을 충분하게 검출하는데 사용되는 마이크로파 방사를 필요로 한다. 이러한 이유로, 기존의 차폐 어셈블리는 사용 중 또는 임무 중에는 마이크로파 방사의 강도가 크게 변화하는 상황에는 적합하지 않다.
본 발명의 제1 목적은 단가를 낮추면서 각각의 개별 용도에 적합한 상이한 차폐 효율을 초기에 가질 수 있는 차폐 어셈블리를 제공하는 것이다.
본 발명의 제2 목적은 마이크로파 방사의 일부가 유용하게 사용되는 동안, 마이크로파 방사는 강하게 변하는 강도를 가지는 용도 또는 미션에 적합한 차폐 어셈블리는 제공하는 것이다.
이러한 목적들 중 적어도 하나를 달성하기 위해서, 본 발명은 상술한 차폐 어셈블리를 제안하는 한편, 전기 연결 장치는 제1 단자 및 제2 단자 사이에서 유효한 전기 저항에 대한 가변 값을 생성하도록 구성된다. 이러한 전기 저항 값은 마이크로파 방사의 강도의 적어도 두 개의 레벨 사이에서 자동적으로 변하거나 사용자에 의해서 조절될 수 있다. 즉, 후자의 경우에, 전기 저항은 마이크로파 방사의 강도의 제1 레벨의 제1 값 및 마이크로파 방사의 강도의 제2 레벨의 제2 값을 가지며, 제1 전기 저항 값은 제2 전기 저항 값보다 낮은 반면 마이크로파 방사의 강도의 제1 레벨은 마이크로파 방사의 강도의 제2 레벨보다 높다.
따라서, 본 발명은 차폐 효율이 다음의 조건들 중 적어도 하나에서 조절될 수 있는 차폐 어셈블리를 제안한다:
-차폐 어셈블리를 위해 설계된 감지 시스템의 함수 또는 감지 시스템을 위해 계획된 용도의 함수로서 사용자에 의해서 수행될 수 있는 초기 설정. 차폐 어셈블리의 전기 연결 장치의 저항은 차폐 어셈블리의 전체 수명에 걸쳐 일정하게 유지될 수 있다. 하지만, 차폐 어셈블리의 생산 후, 전기 연결 장치의 저항의 가능한 설정은 세부사항이 다른 감지 시스템용 동일한 차폐 어셈블리를 사용하는 것을 가능하게 한다; 또는
-감지 시스템에 수용된 마이크로파 방사의 강도의 레벨의 함수로서, 실시간으로, 감지 시스템의 사용 동안에 자동적으로 수행된 전기 연결 장치의 저항의 가변.
본 발명에 따른 차폐 어셈블리는 쉘의 일부의 개구를 폐쇄하고 공학 방사에 반응하는 센서의 광학 입구 앞에 동시에 배치되는 포트홀 또는 창을 형성할 수 있다. 가능하게는, 차폐 어셈블리를 형성하는 창 또는 포트홀은 광학 방사 센서에 더하여 마이크로파 방사의 부분에 반응하는 센서의 입구 앞에 동시에 배치되도록 설계될 수 있다.
일반적으로, 제1 단자 및 제2 단자 사이에서 가변 전기 저항을 가지는 전기 연결 장치는 마이크로파 방사 및 광학 방사에 부분적으로 투명한 기판에 의해서 지지될 수 있다. 이들은 분리 또는 서로 강성으로 연결되지 않는 차폐 어셈블리의 많은 부품들을 특히 줄일 수 있기 때문에, 이러한 실시 예들은 특히 경제적으로 이점이 있다.
전기 연결 장치는 전도성 2차원 구조 및 전기적 포텐셜 레퍼런스 사이의 전기 커플링을 생산하며, 커플링의 전기 저항 값은 조절될 수 있다.
바람직하게는, 전기 연결 장치는 제1 단자 및 제2 단자 사이에서 유효한 전기 저항이 전도성 2차원 구조의 저항 퍼 스퀘어 값보다 5배 큰 제1 값 및 전도상 2차원 구조의 저항 퍼 스퀘어 값의 1/5보다 낮은 제2 값 사이에서 가변할 수 있다. 또한, 전도성 2차원 구조의 저항 퍼 스퀘어 값은 0.01Ω/□내지 20Ω/□일 수 있다.
일반적으로, 제1 단자 및 제2 단자 사이에서 유효한 전기 연결 장치의 저항은 단자들 사이에서 적어도 10의 몫을 갖는 2차원 구조의 저항 퍼 스퀘어 값보다 각각 작거나 큰 값인 두 개의 값 사이에서 가변할 수 있다.
전도성 2차원 구조는 금속 층(바람직하게는, 은 층), 투명 및 전도성 산화물 층(바람직하게는, ITO(tin-doped indium oxide) 층), 및 전기적으로 전도성 물질의 격자(바람직하게는, 금속 물질의 격자) 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다.
전기 저항이 차폐 어셈블리의 사용 동안에 자동적으로 변화할 수 있는 본 발명의 제1 실시 예에서, 전기 연결 장치는:
감지기에 의해서 수용된 마이크로파 방사의 강도를 나타내는 감지 신호를 전달하기에 적합한 마이크로파 방사 감지기;
전기 저항의 가변 값을 생산하기에 적합하고 제1 단자 및 제2 단자 사이에서 연결된 전자 회로; 및
마이크로파 방사 감지기에 의해서 전달된 감지 신호의 함수로서 전자 회로에 의해서 생성된 전기 저항의 값을 수정하기에 적합한 제어기;를 포함할 수 있다.
예를 들어, 전자 회로는 개별 저항 값을 가지고 병렬로 연결된 몇몇의 브랜치를 포함할 수 있으며, 브랜치들 중 적어도 하나는 쉘의 일부 및 2차원 구조 사이에서 상기 브랜치에 의해서 생성된 전기 결합을 활성 또는 불활성 하도록 제어기에 의해서 제어되는 스위치를 포함할 수 있다.
대안으로, 전자 회로는 0.1GHz 내지 40GHz의 적어도 하나의 주파수에 저항하는 적어도 하나의 컴포넌트를 포함하며, 상기 주파수에 유효한, 상기 컴포넌트의 저항 값은 상기 컴포넌트에 적용된 제어 전압의 함수로서 가변될 수 있다. 이 전압 제어는 감지기에 의해서 전달된 감지 신호의 함수로서 제어 전압을 조절하기 위해서 제어기에 의해서 제어된다. 고려된 주파수용 가변 저항을 가진 컴포넌트는 예를 들어 PIN 다이오드, 또는 두 개의 전기전극 사이에 삽입된 금속-절열체 전이를 가진 물질의 일부일 수 있다.
본 발명의 제2 실시 예에서, 전기 연결 장치의 저항은 차폐 어셈블리의 사용 동안에 자동적으로 변화할 수 있으며, 전기 연결 장치는:
감지기에 의해서 수신된 마이크로파 방사의 강도를 나타내는 감지 신호를 전달하기에 적합한 마이크로파 방사 감지기;
제1 단자 및 제2 단자 사이에서 전기적으로 연결되고, 감열성 물질의 일부의 온도의 함수로서 전기 저항의 가변 값을 생성하기에 적합한, 금속-절연체 전이를 갖는 감열성 물질의 일부;
감열성 물질의 일부의 온도를 수정하도록 배열된 열 조절 수단; 및
마이크로파 방사 감지기에 의해서 전달된 감지 신호의 함수로서 열 조절 수단을 활성화하기에 적합한 제어기;를 포함할 수 있다.
금속-절연체 전이를 갖는 감열성 물질은 바나듐 산화물, 예를 들어 VO2 또는 V2O3, 바륨 및 바나듐 설파이드(BaVS3), 니켈 산화물 및 프라세오디뮴 (PrNiO3), 니켈 산화물 및 네오디뮴(NdNiO3), 란탄 및 코발트 산화물(LaCoO3), 철 산화물(Fe3O4), 황화 니켈(NiS), 니오븀 산화물, 특히 NbO2, 티타늄 산화물(TiO2 또는 Ti2O3), 니켈 및 사마륨(SmNiO3), 또는 이들 재료 중 하나 이상을 포함하는 혼합물 또는 고체 조성물을 포함할 수 있다. 금속-절연체 전이를 갖는 이러한 재료 등은 통상의 기술자에게 공지되어 있으며 이용 가능한 문헌들에 널리 기록되어 있다.
전기 저항이 자동적으로 변화할 수 있는 본 발명의 제3 실시 예에서, 전기 연결 장치는 마이크로파 방사의 강도에 반응하는 금속-절연체 전이를 가진 물질의 일부를 포함할 수 있으며, 일부가 마이크로파 방사를 수용하도록 노출되었을 때, 상기 일부는 마이크로파 방사의 강도의 변화에 반응하여 가변 전기 저항 값을 생산할 수 있다. 이 경우, 마이크로파 방사의 강도에 반응하는 금속-절연체 전이를 갖는 물질의 일부는 차폐 어셈블리의 기판에 의해 지지될 수 있다. 차폐 어셈블리의 단가는 추가적으로 감소될 수 있다. 가능하게는, 마이크로파 방사의 강도에 반응하는 금속-절연체 전이를 갖는 물질의 일부는 전도성 2차원 구조의 적어도 일부를 구성할 수 있다. 일반적으로 본 발명의 제3 실시 예를 위해서, 마이크로파 방사의 강도에 반응하는 물질은 본 발명의 제2 실시 예들에 인용된 금속-절연체 전이를 갖는 물질들 중 하나일 수 있다. 일반적으로, 온도 변화에 반응하는 금속-절연체 전이를 갖는 물질은 외부 전기장, 특히 정적 전기장 또는 마이크로파 방사선의 전기장에도 반응한다.
본 발명의 제2 양태는:
광학 방사에 반응하는 광학 센서;
선택적으로, 마이크로파 방사의 일부에 반응하는 마이크로파 방사 센서;
개구를 포함하며 광학 센서를 둘러싸는 전기적으로 전도성인 쉘의 적어도 일 부분; 및
본 발명의 제1 양태에 따른 차폐 어셈블리;를 포함하는 감지 시스템으로서,
상기 차폐 어셈블리는 쉘의 일 부분의 개구를 폐쇄하면서 광학 센서의 광학 입구의 앞에 배치되며, 선택적으로는 쉘의 일 부분의 개구를 폐쇄하면서 마이크로파 방사의 방사 입구 앞에 배치된다.
차폐 어셈블리의 전기 연결 장치의 각각의 제1 단자는 전도성 2차원 구조에 전기적으로 연결되며, 전기 연결 장치의 제2 단자는 쉘의 일 부분에 전기적으로 연결된다.
본 명세서에 포함되어 있음.
본 발명의 다른 특정 특정 및 이점은 첨부된 도면을 참조하여 비 제한적인 실시 예에 대한 이하의 상세한 설명으로부터 명확해질 것이다.
도 1은 본 발명이 적용될 수 있는 감지 시스템을 나타낸다.
도 2는 본 발명에 따른 차폐 어셈블리로 구성될 수 있는 포트홀의 평면도이다.
도 3a 내지 3e는 본 발명의 5가지 가능한 실시예를 도시한다.
명확성을 위하여, 이들 도면에 표현되는 요소의 치수는 실제 치수나 실제 치수 비율에 대응하지 않는다. 나아가, 상이한 도면에서 표시되는 동일한 참조 부호는 동일한 요소 또는 동일한 기능을 가지는 요소를 나타낸다.
도 1은 본 발명이 적용될 수 있는 감지 시스템을 나타낸다.
도 2는 본 발명에 따른 차폐 어셈블리로 구성될 수 있는 포트홀의 평면도이다.
도 3a 내지 3e는 본 발명의 5가지 가능한 실시예를 도시한다.
명확성을 위하여, 이들 도면에 표현되는 요소의 치수는 실제 치수나 실제 치수 비율에 대응하지 않는다. 나아가, 상이한 도면에서 표시되는 동일한 참조 부호는 동일한 요소 또는 동일한 기능을 가지는 요소를 나타낸다.
도 1에 따르면, 감지 시스템(100)은 쉘(101)의 일부, 차폐 어셈블리(10) 및 적어도 하나의 광학 센서(20)를 포함한다. 또한, 선택적으로 후술되는 마이크로파 방사 센서(40) 및 마이크로파 방사 감지기(30)도 포함할 수 있다.
예를 들어, 감지 시스템(100)은 이동식 공 구성을 가지고, 자주식 차량 상에 내장되도록 의도될 수 있다. 광학 센서(20) 및 어쩌면 마이크로파 방사 센서(40)를 포함하여, 감지 시스템(100)의 센서는 자주식 선박이 지향할 외부 목표를 감지하는데 참여할 수 있다.
쉘(101)의 일부는 전기적으로 전도성이고, 예를 들어 금속 재질로 구성되거나 탄소 섬유 기반 합성 재질로 구성된다. 전기적 포텐셜 레퍼런스로 간주될 수 있는 전기 접지를 구성한다. 나아가, 쉘(101)의 일부는 적절한 경우, 이들 센서 또는 센서들 및/또는 감지기가 위치하는 캐비티를 형성함으로써 마이크로파 방사 센서(40) 및/또는 마이크로파 방사 감지기(30)와 함께 광학 센서(20)를 둘러싼다. 따라서, 차폐 어셈블리(10) 외부의 쉘(101)의 일부는 외부로부터 기인한 마이크로파 방사에 대한 불투명 스크린을 구성한다.
광학 센서(20)는 0.1μm 및 15μm 사이에 포함되는 파장 대역의 광학 방사(RO)에 감응한다. 이는 알려진 바와 같이 렌즈(21), 예컨대 매트릭스 이미지 감지 타입의 이미지 감지기(22) 및 근접 전자 장치(23)를 포함하는 이미지 센서일 수 있다. 근접 전자 장치(23)는 특히 이미지 감지기(22)의 동작을 제어하고, 이에 의해 전달되는 이미지 판독 신호를 원격 처리 유닛(미도시)으로 전송하도록 의도된다. 근접 전자 장치(23)의 동작은 쉘(101)의 일부를 관통할 수 있는 0.1GHz 및 40GHz 사이에 포함되는 주파수 대역의 마이크로파 방사(HYF)에 의해 방해 받을 수 있다. 사실, 광학 센서(20)의 광학 입력(E20)은 반드시 광학 방사(RO)를 수집하기 위해 외부에 노출되어야 하지만, 이 노출은 불리한 재밍 컴포넌트를 포함할 수 있는 마이크로파 방사(HYF)에도 적용된다.
이러한 불리한 재밍 컴포넌트의, 특히 근접 전자 장치(23)에 대한 효과를 회피하기 위하여, 차폐 어셈블리(10)는 광학 방사(RO)에는 투명하며 마이크로파 방사(HYF)에 불투명하도록 설계된다. 하지만, 차폐 어셈블리(10)의 지나치게 높은 차폐 효율은 바람직하지 않을 수 있다. 이러한 이유로, 본 발명은 예컨대 공장 설정의 일부로 초기에, 또는 감지 시스템(100)의 사용 도중 자동적으로 차폐 효율이 조정될 수 있게 하는 차폐 어셈블리(10)의 개선을 제안한다. 사용 도중 실시간으로 차폐 어셈블리(10)의 차폐 효율의 자동 조정은 특히 감지 시스템(100)이 마이크로파 방사 센서(40)를 포함할 때, 과다한 노출에 의한 포화 또는 열화를 유발하지 않으며 마이크로파 방사(HYF)의 일부의 수신이 필요한 동작에 대해 유용할 수 있다.
차폐 어셈블리(10)는 쉘(101)의 일부의 폐쇄 포트홀을 형성할 수 있는데, 광학 센서(20)의 광학 입력(E20) 앞에, 또한 어쩌면 마이크로파 방사 센서(40)의 방사 입력(E40) 앞에, 추가로 어쩌면 마이크로파 방사 감지기(30)의 앞에 배치된다.
차폐 어셈블리(10)는 광학 방사(RO) 및 마이크로파 방사(HYF)에 투명한 기판(1)을, S1과 S2로 표시되는 이 기판(1)의 두 대향하는 면 사이에 포함한다. 이러한 기판은 실리콘(Si), 게르마늄(Ge), 황화아연(ZnS), 실리카(SiO2), 산화알루미늄(Al2O3) 또는 산화마그네슘(MgO)에 기반할 수 있다. 기판(1)의 직경은 예컨대 5cm(센티미터) 및 50cm 사이일 수 있다.
전자기 차폐 효율을 생성하기 위하여, 기판(1)은 두 면 (S1와 S2) 중 적어도 하나 상에 2차원 구조(2)를 지니는데, 예를 들어 도 1에 표현되는 본 발명의 본 실시예에서는 면(S2)이다. 2차원 구조(2)는 광학 방사(RO)에 투명하고, 마이크로파 방사(HYF)에 대해 차폐 효과를 생성하기 적합한 규모로 전기적 전도성으로 설계된다. 이 목적을 위하여, 2차원 구조(2)는 비제한적 예시로 드는 다음 구성 중 하나를 가질 수 있다.
- 적어도 하나의 금속 박층, 예컨대 은(Ag) 층으로서, 광학 방사(RO)에 투명한 두 유전체 층 사이에 삽입될 수 있고, 두 유전체 층의 목적은 금속층 단독에 비해 광학 방사(RO)의 반사를 감소시키는 것임;
- 적어도 하나의 투명 및 전도성 산화물 층, 예컨대 ITO(tin-doped indium oxide) 층으로서, 어쩌면 유전체이고 광학 방사(RO)에 투명한 적어도 하나의 다른 층과 연관되며, 역시 전도성 투명 산화물 층 단독에 비해 광학 방사(RO)의 반사를 감소시키기 위한 것임;
- 전기적 전도성 물질의 격자, 예컨대 구리(Cu)나 은(Ag)의 격자로서, 전도성 물질의 인쇄된 리본 또는 와이어로 구성되고, 기판(1)은 전기적 전도성 물질이 없다. 어쩌면, 격자의 전도성 물질은 기판(1) 상의 본딩 물질과 중첩될 수 있고, 어쩌면 특히 부식 방지를 위한 보호 물질, 예컨대 티타늄(Ti)의 위 층에 의해 덮일 수 있다. 일반적으로, 이러한 격자의 리본이나 와이어는 광학 방사(RO)에 불투명하고 광학 방사(RO)에 대한 투명도는 격자의 리본이나 와이어로 기판(1)이 덮이는 비율에 기인하는데, 제한된다. 예를 들어, 이 덮이는 비율은 10% 및 50% 사이일 수 있고, 격자의 리본이나 와이어의 피치는 1μm(마이크로미터) 및 10mm(밀리미터) 사이일 수 있고, 격자는 정사각형 패턴을 가질 수 있다. 전기적 전도성 물질의 격자는 광학 방사(RO)에 투명한 적어도 하나의 유전체 층과 연관될 수 있는데, 역시 기판(1) 단독에 비해 광학 방사(RO)의 반사를 감소시키기 위한 것이지만, 또한 금속 격자의 부식 방지를 위한 것이기도 하다.
어쩌면, 2차원 구조(2)는 유전체 층 사이에 삽입되는 금속의 하나 이상의 박층(들)에 기반함으로써, 또는 각각 투명한 전도성 산화물에 기반함으로써 그 리본이나 와이어가 각각 광학적으로 투명한 격자로 구성될 수 있다.
이러한 2차원 구조(2)는 캐소드 스퍼터링, 증착(evaporation), 화학 기상 증착법, 전해전착과 같은 통상의 기술자에게 알려진 물질 증착 프로세스 중 하나를, 어쩌면 하나 이상의 마스킹 또는 에칭 단계와 조합하여 사용하여 기판(1) 상에 생성될 수 있다.
2차원 구조(2)의 이러한 구성은 공지되었고, 따라서 본 명세서에 더 설명할 필요는 없다. 각각은 예컨대 10-2Ω/□(옴 퍼 스퀘어) 및 20Ω/□ 사이의 저항 퍼 스퀘어를 가질 수 있다. 하지만, 본 발명의 경우 일반적으로, 쉘(101)의 일부는 바람직하게 2차원 구조(2)보다 낮은 저항 퍼 스퀘어 값을 가진다. 따라서, 전기 접지나 전기 포텐셜 레퍼런스 기능은 2차원 구조(2)에 비해 쉘(101)의 일부에 의해 더 잘 생성된다.
또한 공지된 바와 같이, 2차원 구조(2)는 효율적인 차폐 보호를 생성하기 위하여 쉘(101)의 일부와 연결되어야 한다. 전기 연결 장치(3)는 이러한 연결을 생성하기 위해 제공된다. 2차원 구조(2)에 전기적으로 연결된 적어도 하나의 제1 단자(3a) 및 쉘(101)의 일부에 전기적으로 연결된 적어도 하나의 제2 단자(3b) 사이의 전기적 연결을 확립한다. 2차원 구조(2)에 대한 각 단자(3a)의 연결은 표면 용접이나 전기 전도성인 컨택트 핑거의 핀칭과 같은 공지된 기술 중 하나에 의해 생성될 수 있다. 유사하게, 단자의 플러그인, 단자의 스크류, 탄성 변형이 있거나 없는 압력 접촉 등을 포함하여 쉘(101)에 대해 각 단자(3b)를 연결하기 위한 다수의 방법이 공지되었다.
하지만, 2차원 구조(2)가 생성하는 차폐 효율은 전기 연결 장치(3)의 전기 저항 값에 따르는데, 단자(3a 및 3b) 간에 효율적이다. 이 차폐 효율은 전기 연결 장치(3)의 전기 저항 값의 감소 함수에 따라 달라지는데, 예컨대 전도성 2차원 구조(2)의 저항 퍼 스퀘어의 5배보다 큰 제1 값 및 전도성 2차원 구조(2)의 저항 퍼 스퀘어의 1/5보다 작은 제2 값 사이이다.
도 2는 본 발명에 따른, 2차원 구조(2)가 기판(1)의 유용한 표면 거의 전체에 걸쳐 연장하는 금속 격자인 차폐 어셈블리로 구성되는 포트홀을 도시한다. 이 금속 격자는 연속적이고 전기 전도성인 주변 루프(C)에 의해 둘러싸일 수 있다. 이 주변 루프(C)는 2차원 구조(2)의 금속 격자와 동일한 방식으로, 어쩌면 마스킹 및 물질 증착 과정의 동일한 단계 동안 기판(1) 상에 형성될 수 있다. 주변 루프(C)는 그 후 금속 격자 전체 주위에서 전기적으로 접촉한다. 나아가, 장치(3)가 주변 루프(C)를 따라 분포하여 2차원 구조(2)의 임의의 점과 각 단자(3b)(도 1) 간에 유효한, 전기 저항 간의 차이를 감소시키기 위한 몇몇 단자(3a), 예컨대 6개의 단자(3a)를 포함하는 것이 이로울 수 있다.
바람직하게, 장치(3)는 서로 평행하게 전기적으로 배열되고, 쉘(101)의 일부의 상이한 점에 전기적으로 연결되도록 의도된 몇몇 단자(3b)를 가질 수 있다. 일반적으로, 단자(3b)는 쉘(101)의 일부에서 기판(1)의 장착 계면을 따라 상당히 규칙적으로 분포 및 이격될 수 있다.
도 3a 및 도 3b에 도시된, 전기 연결 장치(3)의 제1 실시 예에서, 상기 장치(3)의 전기 저항의 변화가 전기적으로 제어된다. 장치(3)는 마이크로파 방사 감지기(30), 전자 회로(31), 및 CTRL으로 표시된 제어기(32)를 포함한다.
도 3a의 실시 예에서, 전자 회로(31)는 몇 개의 브랜치(31-1, 31-2, 등)를 포함하며, 상기 브랜치는 단자(3a 및 3b) 사이에서 병렬로 연결된다. 회로(31)의 각 브랜치는 브랜치(31-1)용 31-1R, 브랜치(31-2)용 31-2R, 등으로 표시된 전기 저항을 포함하며, 이들은 브랜치(31-1)용 31-1C, 브랜치(31-2)용 31-2C, 등으로 표시된 스위치와 그 브랜치 내에서 직렬로 연결된다. 각 스위치는 전용 전기 제어를 통해 컨트롤러(32)에 의해 개별적으로 개폐될 수 있다. 또한, 제어기(32)는, 감지기(30)로부터, 마이크로파 방사(HYF)의 강도를 나타내는 신호를 수신한다. 예를 들어, 제어기(32) 내에서, 감지기(30)에 의해서 전달된 신호의 각 레벨에 대해 명령될 개방 또는 폐쇄 상태는 사전 저장된 테이블에 의해 공급될 수 있다. 저항(31-1R, 31-2R, 등)의 각각의 값은 마이크로파 방사(HYF)의 강도의 몇 개의 레벨의 차폐 효율의 값의 함수로서 선택될 수 있다. 그러면, 장치(3)에 의해서 생성된 전기 저항 값은 브랜치의 스위치(31-1C, 31-2C, 등)가 폐쇄된 브랜치의 저항(31-1R, 31-2R, 등)의 병렬 연결으로 얻어진다. 많은 대안의 실시 예들이 트랜지스터, 미세 전자 기계 시스템(MEMS), 나노 전자 기계 시스템(NEMS), 등에 근거하여 각각의 스위치(31-1C, 31-2C, 등)에 대하여 가능하며, 모든 이러한 실시 예들은 통상의 기술자에게 자명한 사항이다.
도 3b의 실시 예에서, 전자 회로(31)는 마이크로파 전류에 유효한 전기 저항 값이 컴포넌트(31a)에 적용될 제어 전압의 함수로서 변화할 수 있는 컴포넌트(31a)을 포함한다. 예를 들어, 컴포넌트(31a)은 개별 컴포넌트의 형태로 상업적으로 이용 가능한 PIN 다이오드일 수 있으며, PIN은 포지티브-도핑 영역, 고유 전도율을 가진 중간층, 네거티브-도핑 영역을 가진 다이오드 유형을 나타낸다. 핀 다이오드(31a)는 두 개의 단자(3a 및 3b) 사이에서 연결된다. 그러면, 회로(31)는 연속적이고 가변적인 전압원(31b)을 포함하며, 이는 PIN 다이오드(31a)에 연결되어 핀 다이오드를 전기적으로 바이어스 시킨다. 따라서, 마이크로파 전류라 불리는, 0.1GHz 내지 40GHz의 주파수를 갖는 교류에 유효한 PIN 다이오드의 전기 저항 값은 전압원(31b)에 의해서 생성되는 바이어스된 전압에 의해 조정될 수 있다. 이를 위해, PIN 다이오드(31a) 및 전압원(31b)는 바이어스 루프로 불리는 루프에 결합될 수 있으며, 이는 고정 저항(31c)을 또한 포함할 수 있다. 그 후, 제어기(32)는 감지기(30)에 의해서 전달된 마이크로파 방사(HYF) 강도 감지 신호의 함수로서 전압원(31b)에 의해서 생산된 바이어스된 전압을 제어한다. 두 개의 단자(3a 및 3b) 사이에서 PIN 다이오드(31a)를 통하여 순환하는 마이크로파 전류는 2차원 구조(2)에 입사하는 마이크로파 방사(HYF)에 의해서 발생될 수 있다. 가능하게는, 디커플링 커패시터(31d)는 또한 단자(3a) 및 바이어스 루프 사이에 삽입될 수 있다.
가능하게는, 이하의 일부가 정전기 전기장에 반응할 때, PIN 다이오드(31a)는 본 명세서의 다른 곳에서 언급된 바와 같이 금속-절연체 전이를 갖는 물질의 일부에 의해서 대체될 수 있다. 이 일부는 두 개의 적극 사이에 삽입될 수 있으며, 그와 접촉하여, 전극은 단자(3a, 3b)에 전기적으로 연결된다. 그러면, 전압원(31b)은 단자들(31a 및 31b) 사이의 유효한 전기 저항 값에 따라 금속-절연체 전이를 갖는 물질의 일부에서 정전기 전기장을 생산한다.
도 3a 및 도 3b에 도시된 본 발명의 실시 예들에서, 감지기(30)의 사용은, 감지 시스템(100)의 사용 동안에, 마이크로파 방사(HYF)의 강도의 함수로서 장치(3)의 전기 저항을 실시간으로 조정하는 것을 가능하게 한다. 통상의 기술자의 기술 용어에서, 이러한 조정은 동적(dynamic)이라고 한다.
가능하게는, 장치(3)의 전기 저항의 조절이 처음으로 수행될 때, 그 저항 값은 차폐 어셈블리(10)의 사용 전체에 걸쳐 유지될 수 있으며, 감지기(30)는 도 3a 및 도 3b의 실시 예로부터 제거될 수 있다. 제어기(32)는 각각의 스위치들(31-1C, 31-2C, 등)을 선택적으로 개방 또는 폐쇄하도록 초기에 사용되거나, 또는 전압원(31b)에 의해서 생성된 전기 전압의 값을 초기 설정하는데 사용된다.
도 3c에 도시된, 전기 연결 장치(3)의 제2 실시 예에서, 상기 장치(3)의 전기 저항의 변화는 열적으로 제어된다. 상기 장치(3)는 마이크로파 방사 감지기(30), 감열성 물질(35)의 일부, 열 조절 수단(36) 및 CTRL로 표시된 제어기(32')를 포함한다. 열성 물질(53)의 일부는 금속-절연체 전이를 나타내도록 선택되어, 그 전기 저항률은 온도의 함수로서 매우 넓은 범위 내에서 변한다. 이는 이산화바나듐(VO2)의 일부일 수 있다. 열 조절 수단(36)은 예를 들어 가열 저항기 또는 펠티에-효과(Peltier-effect) 요소, 또는 냉각 또는 가열 모드에서 효율적으로 작동하기 위한 양자의 조합이다. 온도를 제어하기 위해 감 열성 물질(35)의 일부와 열적으로 접촉하여 배치된다. 따라서, 감지기(30) 및 제어기(32')를 통해, 감열성 물질(35)의 일부의 전기 저항, 따라서 단자(3a 및 3b) 사이의 장치(3)의 전기 저항을 제어하는 제어하는 것이 가능하다. 이를 위해, 제어기 (32')는 감지기(30)에 의해 전달되는 마이크로파 방사(HYF) 강도 검출 신호의 함수로서 열 조절 수단(36)의 동작을 제어한다.
도 3d 및 3e에 도시된, 전기 연결 장치(3)의 제3 실시 예에서, 장치(3)의 전기 저항의 변화는 마이크로파 방사(HYF)의 강도에 직접적으로 반응하는 물질의 적어도 물질의 적어도 일부(38)에 의해서 발생된다. 각각의 일부(38)는 단자(3a 및 3b) 사이에서 전기적으로 연결되며, 그 물질은 그 일부에 의해서 수신된 마이크로파 방사(HYF)의 강도에 따른 전기 저항률을 생성하도록 선택된다. 물질의 각각의 일부(38)는 기판(1)의 표면에 수직하게 측정할 때 예를 들어 10nm 내지 10μm의 두께를 갖는 이산화바나듐(VO2)일 수 있다. 일반적으로, 이미 인용된 금속-절연체 전이를 갖는 물질은 또한 제3 실시 예에도 접합하다. 이러한 실시 예에서, 각 일부(38)는 마이크로파 방사(HYF)에 노출되어야 한다. 도 3d에 따르면, 2차원 구조(2), 예를 들어 상술한 것과 같은 금속 격자는 주변 루프(C) 내의 기판(1) 상에 제한될 수 있다. 주변 루프(C)는 전기 전도성이며, 또한 기판(1)에 의해 지지되고 2차원 구조(2)에 전기적으로 연결된다. 이어서, 제한 구역들이 기판(1)의 주변 에지 사이에서, 주변 루프(C)의 외측의 기판(1)에 구비될 수 있다. 그러면, 일부(38)는 개별 단자(3b)를 갖는 각각의 제한 구역에서 기판(1)에 의해 지지될 수 있다. 각 구역에서, 일부(38)는 이 단자(3b)에 일 측에 그리고 주변 루프(C)에 다른 측면 상에 전기적으로 연결된다. 단자(3b) 중 하나에 그리고 주변 루프(C)에 각 일부(38)의 전기적 연결들은 재료 증착 및 주변 루프(C) 및 2차원 구조(2)에 사용된 에칭 단계들 동안에 형성될 수 있다. 각 단자(3a)는 주변 루프(C)와 일부(38) 중 하나의 전기적 연결의 지점 또는 세그먼트로 구성된다. 본 발명의 이러한 제3 실시 예의 이점은 가변 전기 저항이 있는 전기 연결 장치(3)가 2차원 구조(2)를 갖는 기판(1)에 의해 지지되는 것이다. 그 결과, 감지 시스템(100) 내에서의 비용 절감 및 조립 용이성이 달성된다.
마지막으로, 도 3e는 도 3d의 실시 예의 가능한 변형을 도시한다. 도 3e의 단순성 및 명료성을 이유로, 기판(1)에 대한 모든 가능한 형태에 제한되지 않고, 기판은 사각형인 주변 에지로 표시된다. 전도성 주변 루프(C)는 이 정사각형 에지와 평행할 수 있다. 전도성 2차원 구조(2)는 상술한 것처럼 금속 격자일 수 있지만, 주변 루프(C)에 이를 연결하는 이 격자의 주변 세그먼트에, 마이크로파 방사(HYF)에 반응한 물질의 일부(38)를 포함한다. 이런 점에서, 일부(38)는 전도성 2차원 구조(2)의 부분을 형성한다. 각 일부(38)는 따라서 2차원 구조(2)의 중앙 부분과 전기 접촉하는 제1 단부, 및 주변 루프(C)와 전기 접촉하는 제2 단부를 가지며, 제1 단부는 단자(3a)를 구성하며 제2 단부는 단자(3b)를 구성한다.
통상의 기술자는, 도 3e의 실시 예에서, 2차원 구조(2)의 중앙 부분이, 특히 두 개의 유전체 층 사이에 삽입된 얇은 금속 층 또는 상술한 바와 같은 전도성 투명 산화물 중 적어도 하나의 층에 기초하여, 임의의 구성을 가질 수 있음을 이해할 것이며, 상기 층(들)은 가능하게는 연속적이거나 공극을 제공한다.
도 3d 및 3e의 실시 예의 변형에서, 도 3d 및 도 3e와 같이 단자들(3a 및 3b)에 연결되어 있는 동안, 마이크로파 방사에 반응한 금속-절연체 전이를 갖는 물질의 일부(38)를 정적 전기장(DC)에 반응한 금속-절연체 전이를 갖는 물질의 일부로, 또는 기판(1)에 설치된 다이오드로 대체할 수 있다. 이와 같이 구현되는 다이오드는 상술한 PIN 타입일 수 있다. 이러한 변형에 있어서, 전압원(31b)은 전도성 2차원 구조(2)를 구성하는 금속 격자의 중앙 부분 및 주변 루프(C) 사이에서 전기적으로 연결된다.
마지막으로, 도 3e의 실시 예로부터, 마이크로파 방사(HYF)의 강도에 반응한 금속-절연체 전이를 갖는 물질로 전체 전도성 2차원 구조(2)를 생산하는 것도 가능하다. 이 물질이 광학 방사(RO)에 투명한 경우, 주변 루프(C) 내에서 기판(1)의 표면을 연속적으로 덮을 수 있다. 대안으로, 광학 방사(RO)에 불투명한 경우, 2차원 구조(2)는, 기판(1)에 의해 전달된, 마이크로파 방사(HYF)의 강도에 반응한 금속-절연체 전이를 갖는 이 물질의 격자일 수 있다.
본 발명은 상세히 설명된 상기 실시 예들에 대하여 이들의 특정 보조 양태들을 수정함으로써 재생산될 수 있지만, 인용된 이점들 중 일부는 유지한다.
또한, 일반적으로, 원하는 차폐 효율(EB)을 얻기 위해서, 마이크로파 방사(HYF)의 강도의 다른 레벨을 위해 생성될 장치(3)에 대한 전기 저항 값들은, 진보성을 요구하지 않고, 파라미터 디지털 시뮬레이션 또는 이론적 모델을 통해, 실험적 또는 실험적 측정에 의해서 달성될 수 있다.
Claims (13)
- 대향하는 두 개의 면(S1, S2)을 가지는 강성 기판(1),
적어도 하나의 전기적으로 전도성인 2차원 구조(2), 및
전기 연결 장치(3)를 포함하는 광학적으로 투명한 전자기 차폐 어셈블리(10)로서,
상기 강성 기판(1)은 마이크로파 방사(HYF)로 명명되는 0.1GHz 내지 40GHz의 주파수를 가지는 전자기 방사에 두 개의 면 사이에서 적어도 부분적으로 투명하고, 0.1μm 내지 15μm의 파장을 가지는 광학 방사(RO)에 두 개의 면 사이에서 적어도 부분적으로 투명하며,
기판(1)의 면들(S1, S2) 중 적어도 하나의 면에 2차원 구조(2)가 증착되고, 2차원 구조(2)는 광학 방사(RO)에 적어도 부분적으로 투명하며,
전기 연결 장치(3)는 적어도 하나의 제1 단자(3a)와 적어도 하나의 제2 단자(3b)를 전기적으로 연결하며, 각각의 제1 단자는 전도성인 2차원 구조(2)에 전기적으로 연결되며, 각각의 제2 단자는 전기적으로 전도성인 쉘(101)의 적어도 일부에 전기적으로 연결되도록 구성되며,
전기 저항 값이 전기 저항이 마이크로파 방사의 강도의 제1 레벨을 위한 제1 값 및 마이크로파 방사의 강도의 제2 레벨을 위한 제2 값을 가지도록, 전기 연결 장치(3)는 각 제1 단자(3a) 및 각 제2 단자(3b) 사이에서 유효한 전기 저항의 가변 값을 생성하도록 설계되며, 전기 저항 값은 마이크로파 방사(HYF)의 강도의 레벨의 함수에 따라 자동적으로 조절 또는 사용자에 의해서 조절되며, 전기 저항의 제1 값은 전기 저항의 제2 값보다 낮은 반면 마이크로파 방사의 강도의 제1 레벨은 마이크로파 방사의 강도의 제2 레벨보다 높은 것을 특징으로 하는 차폐 어셈블리. - 제 1 항에 있어서,
쉘(101)의 일부의 개구를 폐쇄하고, 동시에 광학 방사(RO)에 반응하는 센서(20)의 광학 입구(E20) 앞에 배치되기에 적절한 포트홀 또는 창이 형성된 차폐 어셈블리. - 제 1 항에 있어서,
제1 단자(3a) 및 제2 단자(3b) 사이에 가변 전기 저항 값을 가지는 전기 연결 장치(3)는 광학 방사(RO) 및 마이크로파 방사(HYF)에 부분적으로 투명한 기판(1)에 의해 지지되는 차폐 어셈블리. - 제 1 항에 있어서,
전기 연결 장치(3)는 제1 단자(3a) 및 제2 단자(3b) 사이에서 유효한 전기 저항이 전도성 2차원 구조(2)의 저항 퍼 스퀘어 값보다 5배 큰 제1 값 및 전도상 2차원 구조의 저항 퍼 스퀘어 값의 1/5보다 낮은 제2 값 사이에서 가변하도록 설계되는 차폐 어셈블리. - 제 1 항에 있어서,
전기 연결 장치(3)는:
감지기에 의해서 수신된 마이크로파 방사(HYF)의 강도를 나타내는 감지 신호를 전달하기에 적합한 마이크로파 방사 감지기(30);
전기 저항의 가변 값을 생산하기에 적합하고 제1 단자(3a) 및 제2 단자(3b) 사이에서 연결된 전자 회로(31); 및
마이크로파 방사 감지기(30)에 의해 전달된 감지 신호의 함수에 따라 전자 회로(31)에 의해 생성된 전기 저항의 값을 수정할 수 있는 제어기(32);를 포함하는 차폐 어셈블리. - 제 5 항에 있어서,
전자 회로(31)는 개별 저항 값을 가지고 병렬로 연결된 몇몇의 브랜치(31-1, 31-2, 등)를 포함하며,
브랜치들 중 적어도 하나는 쉘(101)의 일부 및 2차원 구조(2) 사이에서 상기 브랜치에 의해서 생성된 전기 결합을 활성 또는 불활성 하도록 제어기에 의해서 제어되는 스위치(31-1C, 31-2C, 등)를 포함하는 차폐 어셈블리. - 제 5 항에 있어서,
전자 회로(31)는 0.1 GHz 내지 40 GHz의 적어도 하나의 주파수에 저항하는 적어도 하나의 컴포넌트(31a)를 포함하며,
상기 주파수에 유효한, 상기 컴포넌트의 저항 값은 상기 컴포넌트에 적용된 제어 전압의 함수로 가변될 수 있으며, 마이크로파 방사 감지기(30)에 의해서 전달된 감지 신호의 함수로서 제어 전압을 조절하기 위해서 제어기(32)에 의해서 제어되는 차폐 어셈블리. - 제 1 항에 있어서,
전기 연결 장치(30)는:
감지기에 의해서 수신된 마이크로파 방사(HYF)의 강도를 나타내는 감지 신호를 전달하기에 적합한 마이크로파 방사 감지기(30);
제1 단자(3a) 및 제2 단자(3b) 사이에서 전기적으로 연결되고, 감열성 물질의 일부의 온도의 함수로서 전기 저항의 가변 값을 생성하기에 적합한, 금속-절연체 전이를 가진 감열성 물질의 일부(35);
감열성 물질의 일부(35)의 온도를 수정하도록 배열된 열 조절 수단(36); 및
마이크로파 방사 감지기(30)에 의해서 전달된 감지 신호의 함수로서 열 조절 수단(36)을 활성화하기에 적합한 제어기(32`);를 포함하는 차폐 어셈블리. - 제 1 항에 있어서,
전기 연결 장치(3)는 마이크로파 방사(HYF)의 강도에 반응하는 금속-절연체 전이를 가진 물질의 일부(38)를 포함하며,
일부(38)가 마이크로파 방사를 수용하도록 노출되었을 때, 상기 일부(38)는 마이크로파 방사의 강도의 변화에 반응하여 가변 전기 저항 값을 생산할 수 있는 차폐 어셈블리. - 제 9 항에 있어서,
마이크로파 방사(HYF)의 강도에 반응하는 금속-절연체 전이를 가진 물질(38)의 일부는 기판(1)에 의해서 지지되는 차폐 어셈블리. - 제 9 항에 있어서,
마이크로파 방사(HYF)의 강도에 반응하는 금속-절연체 전이를 가진 물질(38)의 일부는 전도성 2차원 구조(2)의 적어도 일부를 구성하는 차폐 어셈블리. - 광학 방사(RO)에 반응하는 광학 센서(20);
개구를 포함하며 광학 센서(20)를 둘러싸는 전기적으로 전도성인 쉘(101)의 적어도 일 부분; 및
제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 따른 차폐 어셈블리(10);를 포함하는 감지 시스템(100)으로서,
상기 차폐 어셈블리는 쉘의 일 부분의 개구를 폐쇄하면서 광학 센서(RO)의 광학 입구(E20) 앞에 배치되며,
차폐 어셈블리(10)의 전기 연결 장치(3)의 각각의 제1 단자(3a)는 전도성 2차원 구조(2)에 전기적으로 연결되며, 전기 연결 장치의 제2 단자(3b)는 쉘(101)의 부분에 전기적으로 연결되는 감지 시스템. - 제 12 항에 있어서,
마이크로파 방사(HYF)의 부분에 반응하는 마이크로파 방사 센서(40)를 더 포함하며,
차폐 어셈블리(10)는 마이크로파 방사 센서(40)의 방사 입구(E40) 앞에 배치되고, 또한 광학 센서(20)의 광학 입구(E20) 앞에 배치되는 감지 시스템.
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