KR102319504B1

KR102319504B1 - 신축성을 이용한 전자파 흡수 특성 가변 구조체

Info

Publication number: KR102319504B1
Application number: KR1020210021508A
Authority: KR
Inventors: 백상민; 이원준; 김윤재
Original assignee: 국방과학연구소
Priority date: 2021-02-18
Filing date: 2021-02-18
Publication date: 2021-11-01

Abstract

본 발명에 따른 신축성을 이용한 전자파 흡수 특성 가변 구조체는 전자파가 입사되는 전면 및 후면을 가지는 제1 재료층; 상기 제1 재료층의 후면과 제1면이 유체로 채워진 공간을 형성하도록 배치되는 제2 재료층; 및 상기 제1 재료층의 후면과 상기 제2 재료층의 제1면의 가장자리 둘레를 따라 형성되어 상기 제1 재료층과 상기 제2 재료층을 접착시키는 접착층을 포함하고, 상기 공간 내의 유체의 압력을 조절하여 상기 공간의 팽창으로 유도함으로써 상기 입사되는 전자파의 흡수 주파수 대역을 가변한다.

Description

신축성을 이용한 전자파 흡수 특성 가변 구조체{STRUCTURES HAHING VARIABLE PROPERITIES OF ABSORBING ELECTROMAGNETIC WAVE USING FLEXIBILITY}

본 발명은 신축성을 이용한 전자파 흡수 특성 가변 구조체에 관한 것으로서, 높은 신장(elongation) 특성을 가지는 소재를 이용하여 팽창 가능한 구조를 가짐으로써 전자파 흡수 주파수 대역을 조절할 수 있는 전자파 흡수 특성 가변 구조체에 관한 것이다.

무선 통신과 전자기기의 개발에 따른 무수한 전자기파의 발생으로 인해 통신 오류, 기밀 정보 유출, 해로운 전자파에 대한 인체의 유해성 등의 많은 문제점이 발생한다. 전자파를 처리하기 위한 방법에는 차폐(shielding), 흡수(absorbing) 등의 기술이 개발되고 있고, 이러한 기술들은 스텔스 레이돔, 다중 안테나, 전자기파 흡수체, 통신 서비스, 무선 보안 시스템 등에 다양하게 널리 이용되고 있다.

이 중에서 전자파를 흡수 또는 투과하기 위해 제안되는 구조체들은 제조 단계에서 고정된 전자파 흡수 또는 투과 특성을 가지도록 형성되기 때문에 적용 단계에서 그 특성을 가변하기 어렵다는 문제가 있다.

본 발명은 탄성이 있으며, 압축 또는 인장이 가능한 소재를 이용하여 압력 조절에 의해 형상이 변화되는 구조를 가짐으로써 팽창 정도의 조절을 통해 전자파의 흡수 또는 투과하는 주파수 대역 특성을 가변시킬 수 있는 신축성을 이용한 전자파 흡수 특성 가변 구조체를 제공한다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 신축성을 이용한 전자파 흡수 특성 가변 구조체는, 전자파가 입사되는 전면 및 후면을 가지는 제1 재료층; 상기 제1 재료층의 후면과 제1면이 유체로 채워진 공간을 형성하도록 배치되는 제2 재료층; 및 상기 제1 재료층의 후면과 상기 제2 재료층의 제1면의 가장자리 둘레를 따라 형성되어 상기 제1 재료층과 상기 제2 재료층을 접착시키는 접착층을 포함하고, 상기 공간 내의 유체의 압력을 조절하여 상기 공간의 팽창으로 유도함으로써 상기 입사되는 전자파의 흡수 주파수 대역을 가변한다.

또한, 상기 공간 내에 유체를 주입 또는 유출하는 압력 포트를 더 포함한다.

또한, 상기 제1 재료층과 상기 제2 재료층은 서로 다른 신장성을 가지되, 상기 제2 재료층이 상기 제1 재료층 보다 큰 신장성을 가진다.

또한, 상기 압력 포트를 통한 유체의 주입을 통해 상기 제2 재료층의 팽창을 유도하고, 상기 공간의 확장 및 상기 재1 재료층의 후면과 상기 제2 재료층의 제1면 사이의 이격 거리를 조절한다.

또한, 상기 제1 재료층은 소정의 유전율 또는 소정의 투자율을 가지는 복합 재료로 형성된다.

또한, 상기 제2 재료층의 제1면이 전자파를 반사하도록 상기 제2 재료층은 도전 물질이 처리된 수지로 형성된다.

또한, 상기 제2 재료층은 도전 물질이 처리된 엘라스토머(elastomer), 에폭시(epoxy) 또는 폴리우레탄(polyurethane)으로 형성된다.

또한, 상기 제2 재료층은 소정의 방향으로 배열되는 보강 섬유를 포함하고, 상기 보강 섬유의 배열 방향을 조절하여 상기 제2 재료층의 위치 별 팽창 방향에 따른 팽창 정도가 조절된다.

또한, 상기 유체는 공기, 물 및 기름 중에서 어느 하나를 포함한다.

또한, 상기 제1 재료층, 상기 제2 재료층, 상기 접착층 및 상기 압력 포트를 포함하는 구조체가 일 단위로서 일정한 패턴으로 배열된다.

본 발명에 따른 신축성을 이용한 전자파 흡수 특성 가변 구조체는, 상기 구조체가 전자파 처리를 요하는 장치에 적용되어 상기 장치가 운용되고 있는 상황에서도 언제든지 팽창 정도의 조절을 통해 전자파 흡수 및 투과 특성, 특히 공진 주파수 대역을 변화시킬 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 신축성을 이용한 전자파 흡수 특성 가변 구조체는, 상기 구조체를 이루는 재료의 신축성을 이용하여 가압 수단에 의한 상기 구조체 내의 압력 조절을 통해 전자파 흡수 특성을 용이하게 변화시킬 수 있다.

본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 신축성을 이용한 전자파 흡수 특성 가변 구조체의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 신축성을 이용한 전자파 흡수 특성 가변 구조체의 가변 원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 신축성을 이용한 전자파 흡수 특성 가변 구조체의 전자파 흡수 주파수 대역의 가변 결과를 도시한다.
도 4는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 신축성을 이용한 전자파 흡수 특성 가변 구조체의 단면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 신축성을 이용한 전자파 흡수 특성 가변 구조체의 보강 섬유의 배열의 일 예를 도시한다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.

본 명세서 사용되는 용어들은 본 발명의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서, 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 하여 내려져야 할 것이다.

아울러, 아래에 개시된 실시 예는 본 발명의 권리범위를 한정하는 것이 아니라 본 발명의 청구범위에 제시된 구성요소의 예시적인 사항에 불과하며, 본 발명의 명세서 전반에 걸친 기술사상에 포함되고 청구범위의 구성요소에서 균등물로서 치환 가능한 구성요소를 포함하는 실시 예는 본 발명의 권리범위에 포함될 수 있다.

그리고 아래에 개시된 실시 예에서의 “제1”, “제2”, “일면”, “타면” 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위해 사용되는 것으로서, 구성요소가 상기 용어들에 의해 제한되는 것은 아니다. 이하, 본 발명을 설명함에 있어서, 본 발명의 요지를 흐릴 수 있는 공지 기술에 대한 상세한 설명은 생략한다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 신축성을 이용한 전자파 흡수 특성 가변 구조체의 단면도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 신축성을 이용한 전자파 흡수 특성 가변 구조체(1000)는, 제1 재료층(100), 제2 재료층(200), 및 접착층(300)을 포함하고, 제1 재료층(100), 제2 재료층(200) 및 접착층(300)으로 둘러싼 공간 내의 압력을 조절하여 공간의 팽창을 유도함으로써 구조체(1000)로 입사하는 전자파의 흡수 특성을 가변한다.

제1 재료층(100)은 전자파가 입사되는 전면(101)과 전면(101)에 대향하는 방향으로 바라보는 후면(102)을 포함하고 전면(101)과 후면(102)이 서로 나란한 판 형태의 구조를 가진다. 일 예로서, 제1 재료층(100)은 일정 주파수 대역의 전자파를 흡수할 수 있도록 소정의 유전율 또는 투자율을 가지는 복합 재료로 형성된다. 이 경우 제1 재료층(100)은 손실 나노 파티클이 첨가된 복합 재료로 형성되어 소정의 유전율 또는 소정의 투자율을 가지게 된다. 일 예에서 제1 재료층(100)은 도전성 금속 파티클이 첨가되어 유전율과 투자율이 변화된 복합 재료로 형성될 수 있다.

제1 재료층(100)의 두께는, 소정의 유전율을 가지도록 형성된 복합 재료가 일정 주파수 대역의 전자파의 흡수율이 최대로 향상될 수 있는 두께를 가지도록 설정될 수 있다.

제2 재료층(200)은 제1면(201)과 제1면(201)에 대향하는 방향으로 바라보는 제2면(202)을 포함하고, 제1면(201)과 제2면이 서로 나란한 판 형태의 구조를 가진다. 또한, 제2 재료층(200)은 제1 재료층(100)과 후술할 접착층(300)의 두께만큼 이격되게 배치됨으로써, 제1 재료층(100) 및 접착층(300)과 함께 유체가 채워질 수 있는 밀폐 공간(400)을 형성한다. 다시 말해, 제1 재료층(100)의 후면(102)과 제2 재료층(200)의 제1면(201)이 일정량의 유체로 채워진 밀폐 공간(400)의 내벽이 된다.

일 실시 예에서, 제2 재료층(200)은 제1 재료층(100)과 서로 다른 신장(elongation)성을 가지고, 제1 재료층(100)보다 더 큰 신장성을 가진다. 여기서, 신장성은 일정한 압력에 대한 재료의 변형 정도를 의미하며, 동일한 압력에 대해 변형 정도가 클수록 신장성이 크다. 이로써, 상기 공간(400)을 유체 주입 및 가열 등의 방법으로 가압함으로써 신장성이 더 큰 제2 재료층(200)이 변형되어 상기 공간(400)의 팽창 내지 확장이 야기된다. 본 실시 예에서, 제2 재료층(200)의 변형이 공간의 팽창 또는 제1 재료층과 제2 재료층 사이의 최대 이격 거리의 변화를 야기시키는 주된 원인이 되고, 제1 재료층의 변형이 상기 팽창과 상기 이격 거리의 변화에 미치는 영향은 극히 미미할 수 있다.

제2 재료층(200)은, 제1 재료층의 전면(101)에서 입사하고 제1 재료층(100)을 통과한 전자파가 제1면에서 반사되도록 도전 물질이 처리된 수지(resin)로 형성된다. 특히, 제2 재료층(200)은 전자파 반사 특성과 높은 신장성을 가지도록 도전 물질이 처리된 엘라스토머(elastomer) 또는 폴리우레탄(polyurethane)으로 형성된다. 제2 재료층(200)은, 엘라스토머(elastomer) 또는 폴리우레탄(polyurethane)에 은 나노 와이어, 흑연(graphite), 그래핀(graphine), 금속 나노 분말, 및 액체 금속(liquid metal) 등의 도전 물질을 코팅 또는 임프레깅(impreging) 등의 처리하여 높은 신축성을 가지는 동시에 전자파를 반사하도록 형성된다.

접착층(300)은 제1 재료층(100)의 후면(102)과 제2 재료층(200)의 제1면(201)의 가장자리 둘레를 따라 제1 재료층(100)과 제2 재료층(200)의 사이에 개재되어 이들을 접착시키고 이들 사이의 밀폐 공간(400)을 밀봉한다. 예를 들어, 접착층(300)은 에폭시 수지로 이루어진다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 신축성을 이용한 전자파 흡수 특성 가변 구조체는 전자파의 흡수 특성이 가변되기 위한 공간(400)의 팽창 또는 제1 재료층과 제2 재료층의 최대 이격 거리의 변화를 유도하는 일 방법으로 공간 내에 유체를 주입 또는 유출하는 압력 포트(미도시)를 더 포함한다. 압력 포트는 외부에 배치되는 펌프와 연결되어 공간 내에 유체를 주입 또는 유출하는 역할을 한다. 본 실시 예에서, 압력 포트는 제2 재료층(200)에 형성된다.

본 실시 예에서, 압력 포트를 통한 유체의 주입을 통해 제1 재료층(100), 제2 재료층(200) 및 접착층(300)을 내벽으로 둘러싼 공간(400)이 팽창하고, 제1 재료층의 후면(102)과 제2 재료층의 제1면(201) 사이의 이격 거리의 조절을 통해 구조체(1000)에 입사하는 전자파의 흡수 주파수 대역이 가변된다.

일 실시 예에서, 공간(400)을 차지하는 유체는 흔히 공기이지만, 공기를 대체하는 유체로서 물 또는 기름이 이용될 수 있다.

또한, 제1 재료층(100), 제2 재료층(200), 접착층(300) 및 압력 포트를 포함하는 구조체(1000)의 복수 개가 일정한 패턴으로 배열되어 하나의 전자파 흡수 특성 가변 구조체를 이루는 변형된 실시 예가 가능하다.

또한, 제1 재료층(100) 및 제2 재료층(200)을 구성하는 재료 자체가 가지는 전자기적 특성의 조절을 통해 구조체(1000)은 일정 대역의 전자파를 투과시킬 수 있고, 이러한 전자파 투과 특성을 이용하여 구조체(1000)은 레이돔에도 적용될 수 있다. 이 때, 압력 포트는 일면, 특히 제2 재료층에 형성되며, 구조체의 크기 등을 고려하여 상기 일면에 복수 개가 배치될 수 있다.

도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 신축성을 이용한 전자파 흡수 특성 가변 구조체의 가변 원리를 설명하기 위한 도면이고, 도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 신축성을 이용한 전자파 흡수 특성 가변 구조체의 전자파 흡수 주파수 대역의 가변 결과를 도시한다.

도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 신축성을 이용한 전자파 흡수 특성 가변 구조체는, 제1 재료층(100), 제2 재료층(200) 및 접착층(300)이 내벽으로 이루어진 밀폐 공간(400)이 팽창되어 제1 재료층과 제2 재료층 사이의 최대 이격 거리가 가변됨으로써 제1 재료층의 후면(102)과 제2 재료층의 제1면(201) 사이의 이격 거리의 조절에 의해 상기 구조체로 입사되는 전자파의 흡수 특성, 즉, 흡수 주파수의 대역을 가변한다. 다시 말해, 구조체로 입사되는 넓은 주파수 범위를 갖는 전자파 중에서 제1 재료층의 후면(102)과 제2 재료층의 제1면(201) 사이의 이격 거리에 따라 전자파 공진이 이동하며 공진 주파수에서 전자파 흡수가 일어난다.

일 실시 예에서, 공간(400)의 팽창에 따라 제1 재료층의 후면(102)과 제2 재료층의 제1면(201) 사이의 이격 거리가 늘어나고 이 둘 사이의 최대 이격 거리가 공간 내에 넓게 분포하는 것이 바람직하다.

도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 신축성을 이용한 전자파 흡수 특성 가변 구조체에서, 제1 재료층(100), 제2 재료층(200) 및 접착층(300)이 내벽으로 이루어진 밀폐 공간(400)이 팽창되어 제1 재료층과 제2 재료층 사이의 최대 이격 거리(h)가 증가됨에 따라 상기 구조체로 입사되는 전자파의 흡수 주파수의 대역이 점차 낮은 주파수 대역으로 옮겨간다.

도 4는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 신축성을 이용한 전자파 흡수 특성 가변 구조체의 단면도이다.

도 4를 참조하면, 상술한 바와 같이 제2 재료층(200)이 제1 재료층(100)과 서로 다른 신장성을 가지고, 제1 재료층(100)보다 더 큰 신장성을 가지는 실시 예와 달리 도시된 실시 예에서는 제1 재료층이 제2 재료층과 같이 대등한 신장성을 가지거나 변형이 잘 일어나는 재료에 의해 제작될 수 있다. 이 경우, 공간(400)의 팽창은 제1 재료층 및 제2 재료층의 모두의 변형에 의해 이루어진다.

도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 신축성을 이용한 전자파 흡수 특성 가변 구조체의 보강 섬유의 배열의 일 예를 도시한다.

도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에서, 전자파 흡수 특성 가변 구조체의 제2 재료층(200)은 소정의 방향으로 배열되는 보강 섬유(210)를 포함한다. 보강 섬유의 배열 방향은 제2 재료층의 위치 별 팽창 방향에 따른 팽창 정도가 조절되도록 정해진다. 제2 재료층이 배열 방향이 조절되는 보강 섬유를 포함함으로써 압력에 의한 제2 재료층의 변형 모양 및 공간의 팽창 모양이 달라진다. 보강 섬유를 적용하게 되면, 동일 압력이 가해졌을 때 보강 섬유의 길이 방향으로는 덜 신장되거나 압축되며, 보강 섬유의 길이의 수직 방향으로는 더 신장되는 경향이 있다.

또한, 보강 섬유의 적용으로 재료층의 강성(stiffness)이 증가된다.

일 실시 예에서, 공간의 팽창에 따라 제1 재료층과 제2 재료층의 이격 거리가 늘어나고 이 둘 사이의 최대 이격 거리가 공간 내에 넓게 분포하는 것이 바람직하다. 최대 이격 거리가 균일하게 공간 내에 넓게 분포하기 위해 제2 재료층의 위치 별로 보강 섬유의 적용 여부가 달라질 수 있다.

예를 들어, 최대 이격 거리가 균일하게 공간 내에 분포하는 평면에 해당하는 제2 재료층의 영역에는 보강 섬유가 보강되는 반면 상기 평면 외의 제2 재료층의 영역에는 보강 섬유가 적용되지 않을 수 있다. 이 경우 보강 섬유가 적용되지 않은 제2 재료층의 영역의 신장성이 보강 섬유를 적용한 제2 재료층의 영역보다 크기 때문에 최대 이격 거리가 균일하게 공간 내에 분포하는 평면이 유지되면서 압력에 따른 이격 거리의 조절이 더 용이할 수 있다.

도시된 실시 예는 중심부와 양단부로 구분된 위치 별로 수직 또는 수평으로 배열되는 보강 섬유들을 도시하였으나, 이에 한정되지 않고 더 세분화된 위치 별로 사선 및 다양한 각도로 배열되는 보강 섬유가 제2 재료층에 포함될 수 있다. 또한, 보강 섬유는 예를 들어 탄소 섬유, 유리 섬유, 폴리에스테르 섬유일 수 있다.

1000 신축성을 이용한 전자파 흡수 특성 가변 구조체
100 제1 재료층
200 제2 재료층
210 보강 섬유
300 접착층
400 밀폐 공간

Claims

전자파가 입사되는 전면 및 후면을 가지는 제1 재료층;
상기 제1 재료층의 후면과 제1면이 유체로 채워진 공간을 형성하도록 배치되는 제2 재료층; 및
상기 제1 재료층의 후면과 상기 제2 재료층의 제1면의 가장자리 둘레를 따라 형성되어 상기 제1 재료층과 상기 제2 재료층을 접착시키는 접착층을 포함하고,
상기 공간 내의 유체의 압력을 조절하여 상기 공간의 팽창으로 유도함으로써 상기 입사되는 전자파의 흡수 주파수 대역을 가변하고,
상기 공간 내에 유체를 주입 또는 유출하는 압력 포트를 더 포함하고,
상기 제1 재료층과 상기 제2 재료층은 서로 다른 신장성을 가지되, 상기 제2 재료층이 상기 제1 재료층 보다 큰 신장성을 가지는, 신축성을 이용한 전자파 흡수 특성 가변 구조체.
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청구항 1에 있어서,
상기 압력 포트를 통한 유체의 주입을 통해 상기 제2 재료층의 팽창을 유도하고, 상기 공간의 확장 및 상기 제1 재료층의 후면과 상기 제2 재료층의 제1면 사이의 이격 거리를 조절하는, 신축성을 이용한 전자파 흡수 특성 가변 구조체.
청구항 1에 있어서,
상기 제1 재료층은 소정의 유전율 또는 소정의 투자율을 가지는 복합 재료로 형성되는, 신축성을 이용한 전자파 흡수 특성 가변 구조체.
청구항 1에 있어서,
상기 제2 재료층의 제1면이 전자파를 반사하도록 상기 제2 재료층은 도전 물질이 처리된 수지로 형성되는, 신축성을 이용한 전자파 흡수 특성 가변 구조체.
청구항 1에 있어서,
상기 제2 재료층은 도전 물질이 처리된 엘라스토머(elastomer), 에폭시(epoxy) 또는 폴리우레탄(polyurethane)으로 형성되는, 신축성을 이용한 전자파 흡수 특성 가변 구조체.
청구항 7에 있어서,
상기 제2 재료층은 소정의 방향으로 배열되는 보강 섬유를 포함하고,
상기 보강 섬유의 배열 방향을 조절하여 상기 제2 재료층의 위치 별 팽창 방향에 따른 팽창 정도가 조절되는, 신축성을 이용한 전자파 흡수 특성 가변 구조체.
청구항 1에 있어서,
상기 유체는 공기, 물 및 기름 중에서 어느 하나를 포함하는, 신축성을 이용한 전자파 흡수 특성 가변 구조체.
청구항 1에 있어서,
상기 제1 재료층, 상기 제2 재료층, 상기 접착층 및 상기 압력 포트를 포함하는 구조체가 일 단위로서 일정한 패턴으로 배열되는, 신축성을 이용한 전자파 흡수 특성 가변 구조체.