KR102348005B1 - Electromagnetic metamaterial absorber composed with hexagonal pixels - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 육각형 픽셀로 구성된 전자기파 메타물질 흡수체에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 전도성 물질이 채워진 육각형 픽셀을 최적 배치하여 모서리를 갖는 구조나 곡률을 갖는 형상에 최적으로 적용 가능한 전자기파 메타물질 흡수체에 관한 것이다.The present invention relates to an electromagnetic wave metamaterial absorber composed of hexagonal pixels, and more particularly, to an electromagnetic wave metamaterial absorber that can be optimally applied to a structure having corners or a shape having a curvature by optimally arranging hexagonal pixels filled with a conductive material. .
전자기파 흡수체(Electromagnetic Absorber)는 입사되는 전자기파 에너지를 열로 변환하여 아군 무기체계에서 반사되는 전자기파 신호를 감소시킬 수 있는 국방 스텔스 및 무선 통신 단말기, 레이더 등에서 발생하는 전자기파 간섭 방지용 소재로 광범위하게 응용 가능하다. The electromagnetic wave absorber can be widely applied as a material for preventing electromagnetic wave interference from defense stealth and wireless communication terminals and radars that can reduce the electromagnetic wave signal reflected from friendly weapon systems by converting incident electromagnetic wave energy into heat.
지금까지 전자기파 흡수체는 페라이트(Ferrite) 복합재의 자성 손실 또는 카본 복합재의 전도성 손실을 이용하여 성공적으로 개발되어 왔다. 하지만 복합재 기반 전자기파 흡수체는 상대적으로 부피가 크고 비중이 높은 단점을 갖는다. So far, electromagnetic wave absorbers have been successfully developed by using the magnetic loss of a ferrite composite or the conductive loss of a carbon composite. However, the composite-based electromagnetic wave absorber has a disadvantage in that it is relatively bulky and has a high specific gravity.
최근 주목받고 있는 전자기파 메타물질 흡수체(Metamaterial Absorber)는 공진형 전도성 패턴과 비교적 얇은 두께의 유전체, 그리고 금속 반사 층을 결합하여 공기와의 임피던스 정합뿐만 아니라 패턴에서 발생하는 높은 전도성 손실을 이용하여 전자기파 반사도를 획기적으로 낮출 수 있는 차세대 전자기파 흡수체이다. The electromagnetic wave metamaterial absorber, which has recently been attracting attention, combines a resonant conductive pattern, a relatively thin dielectric, and a metal reflective layer to achieve electromagnetic wave reflectivity by using not only impedance matching with air but also high conductivity loss occurring in the pattern. It is a next-generation electromagnetic wave absorber that can dramatically lower the
전자기파 메타물질 흡수체는 전도성 패턴 최적화를 바탕으로 광대역, 광각 흡수 성능을 구현할 수 있는 장점을 갖는다. 하지만 사각형 형상의 테두리를 갖는 기존 메타물질 흡수체의 경우 뾰족한 형상을 갖는 모서리 구조나 곡률을 갖는 물체에 적용이 어려운 한계를 갖는다. The electromagnetic wave metamaterial absorber has the advantage of realizing broadband and wide-angle absorption performance based on the optimization of the conductive pattern. However, in the case of an existing metamaterial absorber having a rectangular rim, it is difficult to apply it to an object having a curvature or an edge structure having a sharp shape.
또한 종래의 사각형 테두리를 갖는 메타물질 흡수체는 모서리를 갖는 구조나 곡률을 갖는 형상에 적용할 경우 단위 셀 간의 엇갈림이나 불연속적인 배치 문제로 인해 성능이 급격히 열화되는 문제점을 갖는다. In addition, when the conventional metamaterial absorber having a rectangular rim is applied to a structure having an edge or a shape having a curvature, the performance deteriorates rapidly due to a misalignment between unit cells or a discontinuous arrangement problem.
본 발명의 배경이 되는 기술은 한국공개특허 제10-1567260호(2015.11.09 공고)에 개시되어 있다.The technology that is the background of the present invention is disclosed in Korean Patent Application Laid-Open No. 10-1567260 (announced on November 09, 2015).
본 발명은, 전도성 물질이 채워진 육각형 픽셀을 최적으로 배치한 단위셀 구조를 기반으로 모서리를 갖는 구조나 곡률을 갖는 형상에도 용이하게 적용 가능한 육각형 픽셀로 구성된 전자기파 메타물질 흡수체를 제공하는데 목적이 있다.An object of the present invention is to provide an electromagnetic wave metamaterial absorber composed of hexagonal pixels that can be easily applied to a structure having corners or a shape having a curvature based on a unit cell structure in which hexagonal pixels filled with a conductive material are optimally arranged.
본 발명은, 유전체를 기준으로 하면에는 금속 반사층이 결합되고 상면에는 전도성 물질이 채워진 복수의 제1 육각형 픽셀과 공백 상태의 복수의 제2 육각형 픽셀이 서로 조합 배열되어 이루어진 전도성 패턴이 형성된 단위셀을 포함하는 전자기파 메타물질 흡수체를 제공한다.The present invention provides a unit cell in which a conductive pattern is formed by combining and arranging a plurality of first hexagonal pixels filled with a conductive material on an upper surface and a metal reflective layer on a lower surface of a dielectric and a plurality of second hexagonal pixels in an empty state. It provides an electromagnetic wave metamaterial absorber comprising.
또한, 상기 유전체는, 아크릴, 테플론, PET, 스티로폼, 폼 복합재 및 글라스 에폭시 중 적어도 하나를 포함하는 소재로 형성될 수 있다.In addition, the dielectric may be formed of a material including at least one of acrylic, Teflon, PET, styrofoam, foam composite, and glass epoxy.
또한, 상기 전도성 물질은, 카본 잉크, 구리(Cu), 은(Ag), 금(Au), 그래핀 및 인듐 주석 산화물 (ITO) 중 적어도 하나를 포함하는 소재로 형성될 수 있다.In addition, the conductive material may be formed of a material including at least one of carbon ink, copper (Cu), silver (Ag), gold (Au), graphene, and indium tin oxide (ITO).
또한, 상기 전자기파 메타물질 흡수체는, 복수의 단위셀이 격자 구조로 배열되어 형성될 수 있다.In addition, the electromagnetic wave metamaterial absorber may be formed by arranging a plurality of unit cells in a lattice structure.
또한, 상기 전자기파 메타물질 흡수체는, 복수의 단위셀이 폐루프 형태로 배열되어 형성될 수 있다.In addition, the electromagnetic wave metamaterial absorber may be formed by arranging a plurality of unit cells in a closed loop form.
또한, 상기 폐루프의 중앙부 공간 내에 안테나가 배치될 수 있다.In addition, an antenna may be disposed in the central space of the closed loop.
또한, 상기 단위셀의 외곽 모양이 육각형 형태인 경우 상기 폐루프는 육각 구조를 가질 수 있다.In addition, when the outer shape of the unit cell has a hexagonal shape, the closed loop may have a hexagonal structure.
또한, 상기 단위셀은, 외곽 모양이 육각형 형태 또는 직사각형 형태일 수 있다.Also, the unit cell may have a hexagonal shape or a rectangular shape.
또한, 상기 단위셀의 중심을 기준으로 상기 전도성 패턴을 중심각이 60°인 6개의 영역으로 분할할 경우 6개의 각 영역 내 패턴이 회전 대칭 형상을 가질 수 있다.In addition, when the conductive pattern is divided into six regions having a central angle of 60° based on the center of the unit cell, the patterns in each of the six regions may have a rotationally symmetrical shape.
또한, 상기 단위셀의 중심을 기준으로 상기 전도성 패턴을 중심각이 60°인 6개의 영역으로 분할할 경우 서로 이웃한 영역 간에 패턴이 선 대칭 형상을 가질 수 있다.In addition, when the conductive pattern is divided into six regions having a central angle of 60° based on the center of the unit cell, the pattern may have a linearly symmetrical shape between neighboring regions.
또한, 상기 단위셀의 중심을 기준으로 상기 전도성 패턴을 중심각이 90°인 4개의 영역으로 분할할 경우 서로 이웃한 영역 간에 패턴이 선 대칭 형상을 가질 수 있다.In addition, when the conductive pattern is divided into four regions having a central angle of 90° with respect to the center of the unit cell, the pattern may have a linearly symmetrical shape between neighboring regions.
또한, 상기 단위셀의 외곽 모양이 육각형 형태인 경우 상기 단위셀 내부를 구성한 제1 및 제2 육각형 픽셀은, 상기 단위셀의 육각형 모양에 대해 90° 회전된 모양으로 배치될 수 있다.In addition, when the outer shape of the unit cell has a hexagonal shape, the first and second hexagonal pixels constituting the inside of the unit cell may be disposed in a shape rotated by 90° with respect to the hexagonal shape of the unit cell.
또한, 상기 단위셀의 외곽 모양이 육각형 형태인 경우 상기 단위셀 내부를 구성한 제1 및 제2 육각형 픽셀은, 상기 단위셀의 육각형 모양과 나란한 모양으로 배치될 수 있다.In addition, when the outer shape of the unit cell is a hexagonal shape, the first and second hexagonal pixels constituting the inside of the unit cell may be arranged in parallel with the hexagonal shape of the unit cell.
또한, 상기 단위셀의 외곽 모양이 직사각형 형태인 경우, 상기 전도성 패턴은, 복수의 제1 및 제2 육각형 픽셀이 조합 구성되며 최외각이 육각 모양을 갖도록 형성된 육각 패턴 영역, 그리고 상기 육각 패턴 영역의 바깥에 위치하며 복수의 제2 육각형 픽셀만으로 조합된 공백 패턴 영역으로 구분될 수 있다.In addition, when the outer shape of the unit cell has a rectangular shape, the conductive pattern includes a hexagonal pattern region in which a plurality of first and second hexagonal pixels are combined and formed to have a hexagonal shape at the outermost side, and the hexagonal pattern region. It is located outside and may be divided into a blank pattern area combined with only a plurality of second hexagonal pixels.
또한, 상기 단위셀 내부를 구성한 상기 제1 및 제2 육각형 픽셀은, 상기 육각 패턴 영역의 최외각의 육각 모양에 대해 90° 회전된 모양으로 배치될 수 있다.In addition, the first and second hexagonal pixels constituting the inside of the unit cell may be disposed in a shape rotated by 90° with respect to an outermost hexagonal shape of the hexagonal pattern area.
또한, 상기 단위셀 내부를 구성한 상기 제1 및 제2 육각형 픽셀은, 상기 육각 패턴 영역의 최외각의 육각 모양과 나란한 모양으로 배치될 수 있다.In addition, the first and second hexagonal pixels constituting the inside of the unit cell may be arranged in parallel with an outermost hexagonal shape of the hexagonal pattern region.
본 발명에 따르면, 육각형 테두리 내부에 전도성 물질로 채워진 육각형 픽셀을 최적으로 배치한 단위셀 구조를 기반으로 수직 및 경사 입사 조건에서 전자기파를 효과적으로 흡수할 수 있는 메타물질 흡수체를 구현할 수 있다.According to the present invention, it is possible to implement a metamaterial absorber capable of effectively absorbing electromagnetic waves under normal and oblique incident conditions based on a unit cell structure in which hexagonal pixels filled with a conductive material are optimally arranged inside the hexagonal rim.
아울러, 상술한 구조에 따르면, 중심축을 기준으로 여섯 방향으로 단위셀을 배치 및 확장할 수 있어, 네 방향으로만 배치가 가능한 사각형 테두리를 갖는 메타물질 흡수체 구조보다 배치의 자유도가 늘어나, 모서리 또는 곡률을 갖는 대상체에도 용이하게 적용 가능하다.In addition, according to the above-described structure, unit cells can be arranged and expanded in six directions based on the central axis, so that the degree of freedom of arrangement is increased compared to the metamaterial absorber structure having a rectangular rim that can be arranged in only four directions, corners or curvatures It can be easily applied to an object having
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 육각형 픽셀로 구성된 전자기파 메타물질 흡수체의 측면도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 단위셀의 구조를 나타낸 평면도이다.
도 3은 도 2의 중앙 일부분을 확대한 도면이다.
도 4는 도 2의 단위셀을 여섯 방향으로 주기적으로 배열한 예시도이다.
도 5는 도 2의 단위셀을 뾰족한 모서리 구조에 배열한 예시도이다.
도 6은 도 2의 단위 셀을 임의 곡률을 갖는 물체 또는 공백을 감싸는 형태로 배열한 예시도이다.
도 7은 도 2의 단위셀에 전자기파를 수직으로 입사시킨 경우 반사도 시뮬레이션 결과를 나타낸 도면이다.
도 8은 도 2의 단위셀에 전자기파를 비스듬히 입사시킨 경우 반사도 시뮬레이션 결과를 나타낸 도면이다.
도 9는 본 발명의 제2 실시예에 따른 단위셀의 구조를 나타낸 평면도이다.
도 10는 도 9의 중앙 일부분을 확대한 도면이다.
도 11은 도 9의 단위셀을 여섯 방향으로 주기적으로 배열한 예시도이다.
도 12는 도 9의 단위셀을 뾰족한 모서리 구조에 배열한 예시도이다.
도 13은 도 9의 단위 셀을 임의 곡률을 갖는 물체 또는 공백을 감싸는 형태로 배열한 예시도이다.
도 14는 도 9의 단위셀에 전자기파를 수직으로 입사시킨 경우 반사도 시뮬레이션 결과를 나타낸 도면이다.
도 15는 도 9의 단위셀에 전자기파를 비스듬히 입사시킨 경우 반사도 시뮬레이션 결과를 나타낸 도면이다.
도 16는 본 발명의 제3 실시예에 따른 단위셀의 구조를 나타낸 평면도이다.
도 17은 도 16의 중앙 일부분을 확대한 도면이다.
도 18은 도 16의 단위셀을 네 방향으로 주기적으로 배열한 예시도이다.
도 19는 도 16의 단위셀에 전자기파를 수직으로 입사시킨 경우 반사도 시뮬레이션 결과를 나타낸 도면이다.
도 20은 도 16의 단위셀에 전자기파를 비스듬히 입사시킨 경우 반사도 시뮬레이션 결과를 나타낸 도면이다.
도 21은 본 발명의 제4 실시예에 따른 단위셀의 구조를 나타낸 평면도이다.
도 22는 도 21의 중앙 일부분을 확대한 도면이다.
도 23은 도 21의 단위셀을 네 방향으로 주기적으로 배열한 예시도이다.
도 24는 도 21의 단위셀에 전자기파를 수직으로 입사시킨 경우 반사도 시뮬레이션 결과를 나타낸 도면이다.
도 25는 도 21의 단위셀에 전자기파를 비스듬히 입사시킨 경우 반사도 시뮬레이션 결과를 나타낸 도면이다.
도 26는 본 발명의 제5 실시예에 따른 단위셀의 구조를 나타낸 평면도이다.
도 27은 도 26의 단위셀을 네 방향으로 주기적으로 배열한 예시도이다.
도 28은 도 26의 단위셀에 전자기파를 수직으로 입사시킨 경우 반사도 시뮬레이션 결과를 나타낸 도면이다.
도 29는 도 26의 단위셀에 전자기파를 비스듬히 입사시킨 경우 반사도 시뮬레이션 결과를 나타낸 도면이다.1 is a side view of an electromagnetic wave metamaterial absorber composed of hexagonal pixels according to an embodiment of the present invention.
2 is a plan view showing the structure of the unit cell according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 3 is an enlarged view of a central portion of FIG. 2 .
4 is an exemplary view in which the unit cells of FIG. 2 are periodically arranged in six directions.
5 is an exemplary view in which the unit cells of FIG. 2 are arranged in a sharp corner structure.
FIG. 6 is an exemplary view in which the unit cells of FIG. 2 are arranged in a form that encloses an object having an arbitrary curvature or a blank.
7 is a view showing a reflectivity simulation result when electromagnetic waves are vertically incident on the unit cell of FIG. 2 .
FIG. 8 is a view showing a reflectivity simulation result when an electromagnetic wave is obliquely incident on the unit cell of FIG. 2 .
9 is a plan view showing the structure of a unit cell according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 10 is an enlarged view of a central portion of FIG. 9 .
11 is an exemplary diagram in which the unit cells of FIG. 9 are periodically arranged in six directions.
12 is an exemplary view in which the unit cells of FIG. 9 are arranged in a sharp corner structure.
FIG. 13 is an exemplary diagram in which the unit cells of FIG. 9 are arranged in a form that encloses an object having an arbitrary curvature or a blank.
14 is a view showing a reflectivity simulation result when electromagnetic waves are vertically incident on the unit cell of FIG. 9 .
FIG. 15 is a view showing a reflectivity simulation result when electromagnetic waves are obliquely incident on the unit cell of FIG. 9 .
16 is a plan view showing the structure of a unit cell according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 17 is an enlarged view of a central portion of FIG. 16 .
18 is an exemplary view in which the unit cells of FIG. 16 are periodically arranged in four directions.
19 is a view showing a reflectivity simulation result when electromagnetic waves are vertically incident on the unit cell of FIG. 16 .
20 is a view showing a reflectivity simulation result when electromagnetic waves are incident on the unit cell of FIG. 16 at an angle.
21 is a plan view showing the structure of a unit cell according to a fourth embodiment of the present invention.
22 is an enlarged view of a central portion of FIG. 21 .
23 is an exemplary diagram in which the unit cells of FIG. 21 are periodically arranged in four directions.
24 is a view showing a reflectivity simulation result when electromagnetic waves are vertically incident on the unit cell of FIG. 21 .
FIG. 25 is a view showing a reflectivity simulation result when electromagnetic waves are obliquely incident on the unit cell of FIG. 21 .
26 is a plan view showing the structure of a unit cell according to a fifth embodiment of the present invention.
27 is an exemplary diagram in which the unit cells of FIG. 26 are periodically arranged in four directions.
FIG. 28 is a view showing a reflectivity simulation result when an electromagnetic wave is vertically incident on the unit cell of FIG. 26 .
29 is a view showing a reflectance simulation result when electromagnetic waves are incident on the unit cell of FIG. 26 obliquely.
그러면 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다. Then, with reference to the accompanying drawings, embodiments of the present invention will be described in detail so that those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains can easily implement them. However, the present invention may be implemented in several different forms and is not limited to the embodiments described herein. And in order to clearly explain the present invention in the drawings, parts irrelevant to the description are omitted, and similar reference numerals are attached to similar parts throughout the specification.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. Throughout the specification, when a part is "connected" with another part, this includes not only the case of being "directly connected" but also the case of being "electrically connected" with another element interposed therebetween. . Also, when a part "includes" a component, it means that other components may be further included, rather than excluding other components, unless otherwise stated.
본 발명은 육각형 픽셀로 구성된 전자기파 메타물질 흡수체에 관한 것으로, 모서리 또는 임의의 곡률을 갖는 대상체에도 최적으로 적용 가능한 육각형 모양의 전자기파 메타물질 흡수체 구조를 제안한다.The present invention relates to an electromagnetic wave metamaterial absorber composed of hexagonal pixels, and proposes a hexagonal electromagnetic wave metamaterial absorber structure that can be optimally applied to an object having an edge or an arbitrary curvature.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 육각형 픽셀로 구성된 전자기파 메타물질 흡수체의 측면도이다.1 is a side view of an electromagnetic wave metamaterial absorber composed of hexagonal pixels according to an embodiment of the present invention.
도 1에 나타낸 것과 같이, 본 발명의 실시예에 따른 전자기파 메타물질 흡수체는 크게 유전체와, 유전체의 하면에 형성되는 반사판, 그리고 유전체의 상면에 형성되는 전도성 패턴을 포함한다.1, the electromagnetic wave metamaterial absorber according to an embodiment of the present invention largely includes a dielectric, a reflective plate formed on the lower surface of the dielectric, and a conductive pattern formed on the upper surface of the dielectric.
여기서, 유전체는 아크릴, 테플론, PET, 스티로폼, 폼 복합재 및 글라스 에폭시 중 적어도 하나를 포함한 소재로 형성될 수 있다. 반사판은 유전체 하면에 형성되는 금속 반사층으로, 기 공지된 다양한 금속 재질로 형성될 수 있다. Here, the dielectric may be formed of a material including at least one of acrylic, Teflon, PET, Styrofoam, foam composite, and glass epoxy. The reflective plate is a metal reflective layer formed on the lower surface of the dielectric, and may be formed of various known metal materials.
유전체 상면에 형성된 전도성 패턴은 전자기파를 흡수하는 부분으로, 본 발명의 실시예에 따르면, 전도성 물질(예: 카본 잉크)이 설정 높이(두께)로 채워진 영역과 그렇지 않은 공백 영역의 조합에 따라 다양한 패턴 형상을 가질 수 있다. The conductive pattern formed on the upper surface of the dielectric is a part that absorbs electromagnetic waves, and according to an embodiment of the present invention, various patterns depending on a combination of a region filled with a conductive material (eg, carbon ink) to a set height (thickness) and a blank region not filled with a set height (thickness) may have a shape.
즉, 전도성 패턴은 설계 조건이나 파라미터, 제품 사양 등에 따라서 다양한 조합과 다양한 형태의 패턴으로 설계 및 제작될 수 있다.That is, the conductive pattern may be designed and manufactured in various combinations and patterns of various shapes according to design conditions, parameters, product specifications, and the like.
전도성 물질은 카본 잉크, 구리(Cu), 은(Ag), 금(Au), 그래핀 및 인듐 주석 산화물 (ITO) 중 적어도 하나를 포함하는 소재로 형성될 수 있다. 본 발명의 실시예는 주로 카본 잉크를 예시한다.The conductive material may be formed of a material including at least one of carbon ink, copper (Cu), silver (Ag), gold (Au), graphene, and indium tin oxide (ITO). Examples of the present invention mainly illustrate carbon inks.
앞서 설명한 것과 같이, 유전체의 상면은 전도성 물질이 채워진 곳과 그렇지 않은 곳이 혼합되어 존재하는데, 이는 본 발명의 실시예에서 전도성 패턴이 두 가지 서로 다른 유형의 픽셀의 조합으로 형성되는 것에 따른다.As described above, the upper surface of the dielectric is mixed with the conductive material and the non-conductive material, according to the embodiment of the present invention, as the conductive pattern is formed by a combination of two different types of pixels.
본 발명의 실시예에서 유전체 상부에 형성되는 전도성 패턴은 육각형 모양의 픽셀을 기본 단위로 하며, 구체적으로는 전도성 물질이 채워진 복수의 육각형 픽셀(제1 육각형 픽셀)과 공백 상태의 복수의 육각형 픽셀(제2 육각형 픽셀)이 서로 조합 배열되어 이루어진다. In an embodiment of the present invention, the conductive pattern formed on the dielectric is a hexagonal pixel as a basic unit, and specifically, a plurality of hexagonal pixels (first hexagonal pixels) filled with a conductive material and a plurality of hexagonal pixels in a blank state ( second hexagonal pixels) are arranged in combination with each other.
이와 같이, 본 발명의 실시예 단위 픽셀이 육각형 모양을 가지며 두 가지 픽셀들을 유전체의 상부에 최적 배치하여 다양한 모양의 패턴을 형성할 수 있다. 예를 들어 단위셀의 중심점을 기준으로 균등 각도로 분할한 복수 영역 별로 회전 대칭을 갖는 패턴을 갖거나 이웃한 영역 간 선 대칭을 갖는 패턴의 형태로 구현할 수 있다.As described above, the unit pixel according to the embodiment of the present invention has a hexagonal shape, and by optimally arranging two pixels on the upper part of the dielectric, various shapes of patterns can be formed. For example, it may be implemented in the form of a pattern having rotational symmetry for each of a plurality of regions divided at equal angles based on the center point of the unit cell or a pattern having line symmetry between neighboring regions.
물론, 본 발명의 경우, 단위셀의 테두리 모양을 육각형으로 구성함으로써 여섯 방향으로 배열 및 확장이 가능하고 배치의 자유도가 증가하여, 모서리를 갖거나 임의의 곡률을 갖는 대상체에도 용이하게 배치하고 적용할 수 있다. 또한, 메타물질 흡수체가 적용되는 대상체의 형태에 따라, 본 발명의 메타물질 흡수체는 복수의 단위셀이 격자 구조로 배열된 형태를 가지거나, 복수의 단위셀이 폐루프(고리) 모양으로 배열된 형태를 가질 수도 있다.Of course, in the case of the present invention, by configuring the border shape of the unit cell in a hexagonal shape, arrangement and expansion in six directions is possible, and the degree of freedom of arrangement is increased, so that it can be easily placed and applied to an object having a corner or an arbitrary curvature. can In addition, depending on the shape of the object to which the metamaterial absorber is applied, the metamaterial absorber of the present invention has a form in which a plurality of unit cells are arranged in a lattice structure, or a plurality of unit cells are arranged in a closed loop (ring) shape. may have a form.
이러한 본 발명은 도 1의 구조를 기반으로, 아랫면에 금속 반사층이 결합된 유전체 상단에 전도성 물질이 채워진 육각형 픽셀을 최적으로 배치하여 광대역 전자기파 흡수가 가능한 메타물질 흡수체를 설계할 수 있다.Based on the structure of FIG. 1, the present invention can design a metamaterial absorber capable of absorbing broadband electromagnetic waves by optimally arranging hexagonal pixels filled with a conductive material on top of a dielectric having a metal reflective layer coupled to the bottom surface.
전도성 물질이 채워진 육각형 픽셀을 최적 배치한 전자기파 메타물질 흡수체 패턴의 구체적인 실시예는 후술하는 도 2, 도 9, 도 16, 도 21, 도 26과 같다. 그 중에서 도 2와 도 9는 단위셀의 외곽(테두리) 모양이 육각형 형태이고, 도 16, 도 21 및 도 26은 직사각형 형태인 경우에 해당한다.Specific examples of the electromagnetic wave metamaterial absorber pattern in which the hexagonal pixels filled with the conductive material are optimally arranged are shown in FIGS. 2, 9, 16, 21, and 26 to be described later. Among them, FIGS. 2 and 9 correspond to the case where the outer (edge) shape of the unit cell has a hexagonal shape, and FIGS. 16, 21 and 26 correspond to the case where the unit cell has a rectangular shape.
이하에서는 본 발명에서 제안하는 전자기파 메타물질 흡수체를 위한 다양한 실시예에 따른 단위셀 구조를 설명한다.Hereinafter, a unit cell structure according to various embodiments for the electromagnetic wave metamaterial absorber proposed in the present invention will be described.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 단위셀의 구조를 나타낸 평면도이고, 도 3은 도 2의 내부를 구성하는 육각형 픽셀 배열을 확대한 도면을 나타낸다. 2 is a plan view showing the structure of a unit cell according to the first embodiment of the present invention, and FIG. 3 is an enlarged view of the hexagonal pixel arrangement constituting the interior of FIG. 2 .
도 2는 단위셀의 외곽 모양이 육각형 형태인 경우이다. 도 2를 참조하면, 제1 실시예에 따른 단위셀(100) 내의 유전체 상부에는 전도성 패턴이 형성되며, 전도성 패턴은 전도성 물질이 채워진 복수의 제1 육각형 픽셀(1)(검정색 픽셀)과 공백 상태의 복수의 제2 육각형 픽셀(2)(흰색 픽셀)이 서로 조합 배열되어 이루어진 것을 알 수 있다. 2 is a case in which the outer shape of the unit cell has a hexagonal shape. Referring to FIG. 2 , a conductive pattern is formed on the dielectric in the
도 2에서 단위셀(100)을 구성하는 전도성 패턴은 육각형 구조의 단위 픽셀들로 구성되되 서로 다른 두 종류의 픽셀(1,2)이 혼합 배열되어 이루어진다. 물론, 도 9, 도 16, 도 21, 도 26의 단위셀(200,300,400,500) 구조 내에서도 두 가지 픽셀(1,2) 간 혼합 배열된 구성을 가진다.In FIG. 2 , the conductive pattern constituting the
여기서, 도 2에서 동종(같은 종류)의 픽셀 간 경계는 실제로 존재하지는 않지만, 설명의 편의상(픽셀 간 구분이 가능하도록) 그 경계를 실선으로 도시하였음을 이해하여야 한다. 따라서, 2개 이상으로 서로 인접하게 붙어 있는 검정색의 제1 육각형 픽셀(1) 끼리는 사실상 모두가 동일한 전도성 물질에 해당하므로 전체가 하나의 전도성 물질 영역(블록)이 된다. 아울러, 2개 이상으로 서로 군집한 흰색의 제2 육각형 픽셀(2) 끼리는 사실상 모두가 동일한 공백 상태이므로 이 역시 해당 면적만큼의 하나의 큰 빈 공간을 형성한다.Here, it should be understood that, although the boundary between pixels of the same type (same type) does not actually exist in FIG. 2 , the boundary is illustrated with a solid line for convenience of description (to be able to distinguish between pixels). Accordingly, since substantially all of the black first
상술한 도 2의 제1 실시예의 경우, 단위셀(100)의 테두리 모양은 육각형이고, 단위셀의 중심을 기준으로 전도성 패턴을 중심각이 60°인 6개의 영역으로 분할할 경우에 6개의 각 영역 내의 패턴이 서로 회전 대칭 형상을 갖도록 구현한 것에 해당한다.In the case of the first embodiment of FIG. 2 described above, the shape of the edge of the
이때, 도 2에서, 단위셀(100) 내부를 구성한 각각의 육각형 픽셀(1,2)은, 단위셀(100)의 육각형 모양에 대해 90° 회전된 모양으로 배치된 것을 알 수 있다. 이는 단위셀(100)의 육각 테두리는 그 뾰족한 모서리 부분이 아래 부분에 위치하지만 육각형 픽셀(1,2)은 평평한 변이 아래 부분에 위치한 것과 관련된다.At this time, in FIG. 2 , it can be seen that each of the
즉, 도 2에서 단위셀의 테두리 형상은 단위셀의 내부 영역을 구성하는 육각형 픽셀을 90도 회전시킨 형상과 동일하다. 이러한 점은 도 2 및 도 3의 확대도를 통하여 쉽게 확인할 수 있다. That is, the frame shape of the unit cell in FIG. 2 is the same as the shape obtained by rotating the hexagonal pixels constituting the inner region of the unit cell by 90 degrees. This point can be easily confirmed through the enlarged views of FIGS. 2 and 3 .
따라서, 이러한 구조를 기반으로, 본 발명은 도 2와 같이 육각형 테두리를 갖는 단위셀(100)에 대해, 육각형 픽셀이 배열된 패턴 내부를 중심각이 60°인 여섯 개의 영역으로 나누었을 때 각각의 영역이 서로 회전 대칭 형상을 나타내도록 최적화할 수 있다.Therefore, based on this structure, the present invention provides for a
본 발명의 실시예의 경우 육각형 테두리를 갖는 단위셀(100)을 서로 연결하여 격자 배열한 구조를 추가로 포함한다. 이에 따르면, 기존의 사각형 테두리를 갖는 메타물질 흡수체와 비교할 때 보다 다양한 크기(면적) 및 형태를 갖는 대상물에 대한 적용성을 높이고 In the case of an embodiment of the present invention, a structure in which the
도 4는 도 2의 단위셀을 여섯 방향으로 주기적으로 배열한 예시도이다. 도 4와 같이, 단위셀의 외곽 모양을 육각형 형태로 구현할 경우 중심을 기준으로 여섯 방향으로 배열할 수 있어, 단순히 네 방향으로만 배치가 가능한 사각형 테두리를 갖는 메타물질 흡수체 구조보다 배치 자유도가 늘어나게 되어, 모서리 또는 곡률을 갖는 대상체에도 최적 배치가 가능한다. 4 is an exemplary view in which the unit cells of FIG. 2 are periodically arranged in six directions. As shown in Figure 4, when the outer shape of the unit cell is implemented in a hexagonal shape, it can be arranged in six directions based on the center, so that the degree of freedom of arrangement is increased compared to the metamaterial absorber structure having a rectangular border that can be arranged in only four directions. , it is possible to optimally place an object having a corner or a curvature.
도 5는 도 2의 단위셀을 뾰족한 모서리 구조에 배열한 예시도이다. 이러한 도 5 역시 도 4와 같이 복수의 단위셀을 격자 배열한 것에 해당하며, 특히 도 5는 뾰족한 모서리 구조 및 형상에 맞게 단위셀들을 배열 및 확장한 것을 나타낸다. 도 5에서 확인할 수 있듯이, 단위셀의 경계면이 육각형 형상을 나타낼 경우 단위 셀의 중심점이 서로 엇갈리더라도 주기 배열 조건이 성립함을 알 수 있다.5 is an exemplary view in which the unit cells of FIG. 2 are arranged in a sharp corner structure. FIG. 5 also corresponds to a lattice arrangement of a plurality of unit cells as in FIG. 4 , and in particular, FIG. 5 shows an arrangement and expansion of the unit cells according to the sharp corner structure and shape. As can be seen in FIG. 5 , when the boundary surface of the unit cell has a hexagonal shape, it can be seen that the periodic arrangement condition is satisfied even if the center points of the unit cells cross each other.
실질적으로 기존의 사각형 테두리를 갖는 메타물질 흡수체를 모서리를 갖는 구조나 곡률을 갖는 형상의 대상물에 적용할 경우, 벽돌 쌓은 모습과 같이 단위셀 간 서로 엇갈리게 배열하거나 불연속적으로 배열하여야 하며 흡수체가 커버하지 못하는 영역(공백)이 발생하여 성능 열화가 큰 단점이 있었다. 반면, 여섯 방향으로 확장이 가능한 육각형 테두리를 갖는 단위셀을 배열하여 구성 가능한 본 발명에 따른 메타물질 흡수체는 자유도 및 확장성이 용이함은 물론, 엇갈림 또는 불연속적인 배치가 불필요하므로 미커버 영역을 최소화하고 성능 열화를 크게 줄일 수 있다.In practice, when applying the metamaterial absorber with an existing rectangular border to an object having a structure with corners or a shape with a curvature, it must be arranged alternately or discontinuously between unit cells, such as a stacked brick, and the absorber must not cover it. There was a disadvantage in that an area (blank) that could not be performed occurred and the performance was greatly deteriorated. On the other hand, the metamaterial absorber according to the present invention, which can be configured by arranging unit cells with hexagonal rims expandable in six directions, facilitates freedom and expandability, as well as minimizes the uncovered area because staggered or discontinuous arrangement is unnecessary. and performance degradation can be greatly reduced.
도 6은 도 2의 단위 셀을 임의 곡률을 갖는 물체 또는 공백을 감싸는 형태로 배열한 예시도이다.FIG. 6 is an exemplary view in which the unit cells of FIG. 2 are arranged in a form that encloses an object having an arbitrary curvature or a blank.
도 6의 경우, 복수의 외곽 모양이 육각형 형태인 복수의 단위셀이 폐루프(고리) 형태로 배열되어 형성된 메타물질 흡수체 구조를 예시한 것이다. 이와 같이, 단위셀의 외곽 모양이 육각형 형태인 경우에는 폐루프 역시 육각 구조를 가질 수 있다.In the case of FIG. 6 , a structure of a metamaterial absorber formed by arranging a plurality of unit cells having a plurality of outer shapes in a hexagonal shape is exemplified in a closed loop (ring) shape. As such, when the outer shape of the unit cell has a hexagonal shape, the closed loop may also have a hexagonal structure.
또한, 육각 구조의 중심부 공간에는 공백이 존재하는데, 해당 공간 내에는 임의 곡률을 갖는 물체(예: 안테나)가 배열될 수도 있다. 즉, 도 6의 경우 안테나를 주변으로 고리 형태로 배열되는 메타물질 흡수체를 구현할 수 있다. In addition, a void exists in the central space of the hexagonal structure, and an object (eg, an antenna) having an arbitrary curvature may be arranged in the space. That is, in the case of FIG. 6 , it is possible to implement a metamaterial absorber arranged in a ring shape around the antenna.
이와 같이, 본 발명에서 제안한 메타물질 흡수체는 뾰족한 모서리 또는 곡률을 갖는 물체에 적용하여도 메타물질 단위셀이 연속적으로 연결될 수 있는 장점을 갖는다. 따라서 기존 사각형 테두리를 갖는 메타물질 흡수체 적용 시 성능 열화가 발생하였던 물체에도 적용 가능하다. As such, the metamaterial absorber proposed in the present invention has the advantage that metamaterial unit cells can be continuously connected even when applied to objects having sharp corners or curvature. Therefore, it can be applied to an object that has deteriorated in performance when applying a metamaterial absorber with an existing rectangular rim.
또한 이와 같이 단위 셀의 최외각 경계면이 육각형 형상을 나타낼 경우 경계면이 직사각형 형태의 메타물질 단위 셀을 배치하기 어려운 구조에 적용이 가능하다. In addition, when the outermost boundary surface of the unit cell has a hexagonal shape as described above, it can be applied to a structure in which it is difficult to arrange a metamaterial unit cell having a rectangular boundary surface.
도 7은 도 2의 단위셀에 전자기파를 수직으로 입사시킨 경우 반사도 시뮬레이션 결과를 나타낸 도면이고, 도 8은 도 2의 단위셀에 전자기파를 비스듬히 입사시킨 경우 반사도 시뮬레이션 결과를 나타낸 도면이다.7 is a view showing the reflectivity simulation results when the electromagnetic wave is vertically incident on the unit cell of FIG. 2, and FIG. 8 is a view showing the reflectance simulation result when the electromagnetic wave is incident on the unit cell of FIG. 2 at an angle.
도 7의 결과와 같이, 전자기파를 수직 입사시킬 경우 도 2의 단위셀은 X 밴드 전체에서 TE(Transverse electric), TM(Transverse magnetic) 편파 모두를 90% 이상 흡수하여, 반사도가 -10 dB 미만으로 낮아진 결과를 확인할 수 있다. 이때, 반사도가 낮다는 것은 전자기파 흡수 성능이 높다는 것을 의미한다. 그리고, 도 8과 같이, 전자기파를 30도 경사각을 갖도록 비스듬히 입사시킬 경우 도 2의 단위셀은 TE, TM 편파 모두를 80% 이상 흡수하여 반사도가 -7 dB 미만으로 낮아진 결과를 확인할 수 있다. As shown in the result of Figure 7, when the electromagnetic wave is vertically incident, the unit cell of Figure 2 absorbs 90% or more of both TE (Transverse electric) and TM (Transverse magnetic) polarized waves in the entire X band, so that the reflectivity is less than -10 dB. You can see the lowered results. In this case, the low reflectivity means that the electromagnetic wave absorption performance is high. And, as shown in FIG. 8, when the electromagnetic wave is incident obliquely to have an inclination angle of 30 degrees, the unit cell of FIG. 2 absorbs 80% or more of both TE and TM polarized waves, thereby lowering the reflectivity to less than -7 dB.
전자기파 흡수체의 성능은 수직 입사의 경우 -10 dB 미만의 반사도를 만족하면 되고, 경사 입사의 경우 -7 dB 미만의 반사도를 만족하면 된다. 도 7 및 도 8로부터 도 2의 단위셀(100)은 수직 입사 및 경사 입사 모두 해당 조건을 모두 충족함을 알 수 있다.The performance of the electromagnetic wave absorber only needs to satisfy a reflectivity of less than -10 dB in the case of normal incidence and a reflectivity of less than -7 dB in the case of oblique incidence. It can be seen from FIGS. 7 and 8 that the
도 9는 본 발명의 제2 실시예에 따른 단위셀의 구조를 나타낸 평면도이고, 도 10는 도 9의 중앙 일부분을 확대한 도면이다.9 is a plan view showing the structure of a unit cell according to a second embodiment of the present invention, and FIG. 10 is an enlarged view of a central portion of FIG. 9 .
이러한 도 9에 도시된 제2 실시예에 따른 단위셀(200) 내의 전도성 패턴 역시 전도성 물질이 채워진 제1 육각형 픽셀(1)과 공백 상태로 존재하는 제2 육각형 픽셀(2)이 혼합 배열되어 이루어진다. The conductive pattern in the
여기서, 이러한 도 9의 제2 실시예의 경우, 단위셀(200)의 테두리 모양은 육각형이고, 단위셀(200)의 중심을 기준으로 전도성 패턴을 중심각이 60°인 6개의 영역으로 분할할 경우 서로 이웃한 영역 끼리 패턴이 선 대칭 형상을 갖도록 구현한 것이다.Here, in the case of the second embodiment of FIG. 9 , the shape of the edge of the
이때, 도 9에서, 단위셀(200) 내부를 구성한 각각의 육각형 픽셀(1,2)은, 단위셀(200)의 육각형 모양과 나란한 모양으로 배치된 것을 알 수 있다. 단위셀(200)의 테두리 형상과 나란한 현상을 나타내는 육각형 픽셀의 모습은 도 9 및 도 10의 확대도를 통해 쉽게 확인할 수 있다.At this time, in FIG. 9 , it can be seen that each of the
따라서, 본 발명은 도 9와 같이, 육각형의 테두리를 갖는 단위셀(200)에 대해, 육각형 픽셀이 배열된 패턴 내부를 중심각이 60°인 여섯 개의 영역으로 나누었을 때, 이웃한 영역 간에 서로 선 대칭 형상을 갖도록 최적 설계된 전자기파 메타물질 흡수체 패턴을 구현할 수 있다.Accordingly, as shown in FIG. 9, when the inside of the pattern in which the hexagonal pixels are arranged is divided into six regions having a central angle of 60° for the
도 11은 도 9의 단위셀을 여섯 방향으로 주기적으로 배열한 예시도이다. 도 11과 같이, 단위셀의 외곽 모양을 육각형 형태로 구현할 경우 중심을 기준으로 여섯 방향으로 배열할 수 있다. 11 is an exemplary diagram in which the unit cells of FIG. 9 are periodically arranged in six directions. 11 , when the outer shape of the unit cell is implemented in a hexagonal shape, it can be arranged in six directions based on the center.
도 12는 도 9의 단위셀을 뾰족한 모서리 구조에 배열한 예시도이다. 도 12에서 확인할 수 있듯이, 단위셀의 경계면이 육각형 형상을 나타낼 경우 단위셀의 중심점이 서로 엇갈리더라도 주기 배열 조건이 성립함을 알 수 있다.12 is an exemplary view in which the unit cells of FIG. 9 are arranged in a sharp corner structure. As can be seen in FIG. 12 , when the boundary surface of the unit cells has a hexagonal shape, it can be seen that the periodic arrangement condition is satisfied even if the center points of the unit cells cross each other.
도 13은 도 9의 단위셀을 임의 곡률을 갖는 물체 또는 공백을 감싸는 형태로 배열한 예시도이다. 이와 같이 단위셀의 최외각 경계면이 육각형 형상을 나타낼 경우 경계면이 직사각형 형태의 메타물질 단위 셀을 배치하기 어려운 구조에도 쉽게 적용이 가능하다.FIG. 13 is an exemplary diagram in which the unit cells of FIG. 9 are arranged in a form that encloses an object having an arbitrary curvature or a blank. As such, when the outermost boundary surface of the unit cell has a hexagonal shape, it can be easily applied to a structure in which it is difficult to arrange a metamaterial unit cell having a rectangular boundary surface.
도 14는 도 9의 단위셀에 전자기파를 수직으로 입사시킨 경우 반사도 시뮬레이션 결과를 나타낸 도면이고, 도 15는 도 9의 단위셀에 전자기파를 비스듬히 입사시킨 경우 반사도 시뮬레이션 결과를 나타낸 도면이다.14 is a view showing a reflectance simulation result when an electromagnetic wave is vertically incident on the unit cell of FIG. 9, and FIG. 15 is a view showing a reflectance simulation result when an electromagnetic wave is incident on the unit cell of FIG. 9 obliquely.
먼저, 도 14와 같이, 수직 입사의 경우 도 9의 단위셀은 X 밴드 전체에서 TE, TM 편파 모두를 90% 이상 흡수하여, 반사도가 -10 dB 미만으로 낮아진 결과를 확인할 수 있다. 그리고, 도 15와 같이, 30도의 경사각을 갖도록 입사시킬 경우 도 9의 단위셀은 TE, TM 편파 모두를 80% 이상 흡수하여 반사도가 -7 dB 미만으로 낮아진 결과를 확인할 수 있다. 도 14 및 도 15의 결과로부터, 도 9의 단위 셀은 수직 입사 및 경사 모두 우수한 흡수 성능을 가지는 것을 알 수 있다.First, as shown in FIG. 14, in the case of normal incidence, the unit cell of FIG. 9 absorbs 90% or more of both TE and TM polarized waves in the entire X-band, and thus it can be seen that the reflectivity is lowered to less than -10 dB. And, as shown in FIG. 15, when the incident is made to have an inclination angle of 30 degrees, the unit cell of FIG. 9 absorbs both TE and TM polarized waves by 80% or more, thereby reducing the reflectivity to less than -7 dB. From the results of FIGS. 14 and 15 , it can be seen that the unit cell of FIG. 9 has excellent absorption performance in both normal incidence and inclination.
도 16는 본 발명의 제3 실시예에 따른 단위셀의 구조를 나타낸 평면도이고, 도 17은 도 16의 중앙 일부분을 확대한 도면이다.16 is a plan view showing the structure of a unit cell according to a third embodiment of the present invention, and FIG. 17 is an enlarged view of a central portion of FIG. 16 .
이러한 도 16에 도시된 제3 실시예에 따른 단위셀(300) 내의 전도성 패턴 역시 전도성 물질이 채워진 제1 육각형 픽셀(1)과 공백 상태로 존재하는 제2 육각형 픽셀(2)이 혼합 배열되어 이루어진다. The conductive pattern in the
여기서, 도 16의 제3 실시예의 경우, 단위셀(300)의 테두리 모양은 직사각형이고, 단위셀(300)의 중심을 기준으로 전도성 패턴을 중심각이 60°인 6개의 영역으로 분할할 경우에 6개의 각 영역 내의 패턴이 서로 회전 대칭 형상을 갖도록 구현한 것이다. 단위셀(300) 내부에 배치된 육각형 픽셀 배열 모습은 도 17을 통하여 상세히 확인할 수 있다.Here, in the case of the third embodiment of FIG. 16 , the shape of the edge of the
또한, 도 16의 제3 실시예에서 단위셀(300) 내에 형성된 전도성 패턴은 크게 육각 패턴 영역(A)과, 육각 패턴 영역(B) 보다 바깥에 있는 공백 패턴 영역(B)으로 구분된다. In addition, in the third embodiment of FIG. 16 , the conductive pattern formed in the
이때, 육각 패턴 영역(A)은 복수의 제1 육각형 픽셀(1)과 복수의 제2 육각형 픽셀(2)이 조합 구성되며, 테두리 윤곽(최외각)이 육각형 모양을 갖도록 형성된다. 공백 패턴 영역(B)은 단순히 복수의 제2 육각형 픽셀(2)만으로 조합 구성되므로 공백 상태로 존재한다. 이러한 도 16의 경우 육각 패턴 영역(A)의 주변에, 삼각형 모양을 가진 공백 패턴 영역(B)이 4개 존재한다.In this case, the hexagonal pattern area A is formed by combining a plurality of first
또한, 도 16에서 단위셀(300) 내부를 구성한 각각의 육각형 픽셀(1,2)은, 육각 패턴 영역(A)의 최외각의 육각 모양에 대해 90° 회전된 모양으로 배치된 것을 알 수 있다. 이는 육각 패턴 영역(A)의 최외각 육각 테두리의 경우 그 뾰족한 모서리 부분이 아래 부분에 위치하지만, 육각형 픽셀(1,2)은 평평한 변이 아래 부분에 위치한 것과 관련된다.In addition, in FIG. 16 , it can be seen that each of the
이러한 도 16과 같이, 본 발명은 직사각형 테두리를 갖는 단위셀(300)에서, 육각형 픽셀이 배열된 패턴 내부를 중심각이 60°인 여섯 개의 영역으로 나누었을 때, 각각의 영역이 서로 회전 대칭 형상을 갖도록 최적 설계된 전자기파 메타물질 흡수체 패턴을 구현할 수 있다.As shown in FIG. 16, in the present invention, in the
도 18은 도 16의 단위셀을 네 방향으로 주기적으로 배열한 예시도이다. 이러한 도 18은 도 16의 단위셀을 네 방향으로 격자 배열한 예시를 나타낸다. 18 is an exemplary diagram in which the unit cells of FIG. 16 are periodically arranged in four directions. 18 shows an example in which the unit cells of FIG. 16 are arranged in a grid in four directions.
도 19는 도 16의 단위셀에 전자기파를 수직으로 입사시킨 경우 반사도 시뮬레이션 결과를 나타낸 도면이고, 도 20은 도 16의 단위셀에 전자기파를 비스듬히 입사시킨 경우 반사도 시뮬레이션 결과를 나타낸 도면이다.19 is a view showing a reflectance simulation result when the electromagnetic wave is vertically incident on the unit cell of FIG. 16, and FIG. 20 is a view showing the reflectance simulation result when the electromagnetic wave is incident on the unit cell of FIG. 16 obliquely.
도 19와 같이, 수직 입사의 경우 도 16의 단위셀(300)은 X 밴드 전체에서 TE, TM 편파 모두를 90% 이상 흡수하여 반사도가 -10 dB 미만으로 낮아진 결과를 확인할 수 있다. 그리고, 도 20과 같이, 30도의 경사각을 갖도록 입사시킬 경우도 마찬가지로 X 밴드 전체에서 TE, TM 편파 모두를 90% 이상 흡수하여 반사도가 -10 dB 미만으로 낮아진 결과를 확인할 수 있다. 도 19 및 도 20의 결과로부터, 도 16의 단위 셀(300)은 수직 입사 및 경사 모두 우수한 흡수 성능을 가지는 것을 알 수 있다.As shown in FIG. 19 , in the case of normal incidence, the
도 21은 본 발명의 제4 실시예에 따른 단위셀의 구조를 나타낸 평면도이고, 도 22는 도 21의 중앙 일부분을 확대한 도면이다.21 is a plan view showing the structure of a unit cell according to a fourth embodiment of the present invention, and FIG. 22 is an enlarged view of a central portion of FIG. 21 .
이러한 도 21에 도시된 제4 실시예에 따른 단위셀(400) 내의 전도성 패턴 역시 전도성 물질이 채워진 제1 육각형 픽셀(1)과 공백 상태로 존재하는 제2 육각형 픽셀(2)이 혼합 배열되어 이루어진다. The conductive pattern in the
여기서, 도 21의 제4 실시예의 경우, 단위셀(400)의 테두리 모양은 직사각형이고, 단위셀(400)의 중심을 기준으로 전도성 패턴을 중심각이 60°인 6개의 영역으로 분할할 경우 서로 이웃한 영역 끼리 패턴이 선 대칭 형상을 갖도록 구현한 것이다. 단위셀(400) 내부에 배치된 육각형 픽셀 배열 모습은 도 22을 통하여 상세히 확인할 수 있다.Here, in the case of the fourth embodiment of FIG. 21 , the edge shape of the
여기서 도 21의 제4 실시예에서 단위셀(400) 내에 형성된 전도성 패턴은 도 16의 경우와 유사하게, 최외각이 육각형 모양을 이루는 육각 패턴 영역(A)과 그 외곽에 위치한 공백 패턴 영역으로 구분된다. 또한, 도 21에서 단위셀(400) 내부를 구성한 각각의 육각형 픽셀(1,2)은, 육각 패턴 영역(A)의 최외각의 육각 모양과 나란한 모양으로 배치된 것을 알 수 있다. Here, the conductive pattern formed in the
이러한 도 21과 같이, 본 발명은 직사각형 테두리를 갖는 단위셀(400)에 대해, 육각형 픽셀이 배열된 패턴 내부를 중심각이 60°인 여섯 개의 영역으로 나누었을 때, 서로 이웃한 영역 간에 선 대칭 형상을 갖도록 최적 설계된 전자기파 메타물질 흡수체 패턴을 구현할 수 있다.As shown in FIG. 21, in the present invention, when the inside of a pattern in which hexagonal pixels are arranged is divided into six regions having a central angle of 60° for a
도 23은 도 21의 단위셀을 네 방향으로 주기적으로 배열한 예시도이다. 이러한 도 23은 도 21의 단위셀을 네 방향으로 격자 배열한 예시를 나타낸다. 23 is an exemplary diagram in which the unit cells of FIG. 21 are periodically arranged in four directions. 23 shows an example in which the unit cells of FIG. 21 are arranged in a grid in four directions.
도 24는 도 21의 단위셀에 전자기파를 수직으로 입사시킨 경우 반사도 시뮬레이션 결과를 나타낸 도면이고, 도 25는 도 21의 단위셀에 전자기파를 비스듬히 입사시킨 경우 반사도 시뮬레이션 결과를 나타낸 도면이다.24 is a view showing a reflectance simulation result when the electromagnetic wave is vertically incident on the unit cell of FIG. 21, and FIG. 25 is a view showing the reflectivity simulation result when the electromagnetic wave is incident on the unit cell of FIG. 21 obliquely.
먼저, 도 24와 같이, 수직 입사의 경우 도 21의 단위셀(400)은 X 밴드 전체에서 TE, TM 편파 모두를 90% 이상 흡수하여 반사도가 -10 dB 미만으로 낮아진 결과를 확인할 수 있다. 그리고, 도 25에서, 30도의 경사각을 갖도록 입사시킬 경우 TE, TM 편파 모두를 80% 이상 흡수하여 반사도가 -7 dB 미만으로 낮아진 결과를 확인할 수 있다. 또한, 8 GHz를 제외한 X 밴드 전체에서 TE, TM 편파 모두를 90% 이상 흡수하여 반사도가 -10 dB 미만으로 낮아진 결과를 확인할 수 있다.First, as shown in FIG. 24 , in the case of normal incidence, the
도 26는 본 발명의 제5 실시예에 따른 단위셀의 구조를 나타낸 평면도이고, 도 27은 도 26의 단위셀을 네 방향으로 주기적으로 배열한 예시도이다.26 is a plan view showing the structure of a unit cell according to a fifth embodiment of the present invention, and FIG. 27 is an exemplary view in which the unit cells of FIG. 26 are periodically arranged in four directions.
이러한 도 26에 도시된 제5 실시예에 따른 단위셀(500) 내의 전도성 패턴 역시 전도성 물질이 채워진 제1 육각형 픽셀(1)과 공백 상태로 존재하는 제2 육각형 픽셀(2)이 혼합 배열되어 이루어진다. The conductive pattern in the
여기서, 도 26의 제5 실시예의 경우, 단위셀(500)의 테두리 모양은 직사각형 형태이고, 단위셀(500)의 중심을 기준으로 전도성 패턴을 중심각이 90°인 4개의 영역으로 분할할 경우 서로 이웃한 영역 간에 패턴이 선 대칭 형상을 갖도록 구현한 것이다.Here, in the case of the fifth embodiment of FIG. 26 , the edge shape of the
이러한 도 26과 같이, 본 발명은 직사각형 테두리를 갖는 단위셀(500)에 대하여, 육각형 픽셀이 배열된 패턴 내부를 중심각이 90°인 네 개의 영역으로 나누었을 때 인접 영역 간에 서로 선 대칭 형상을 갖도록 최적 설계된 전자기파 메타물질 흡수체 패턴을 구현할 수 있다.As shown in FIG. 26, the present invention provides a
도 28은 도 26의 단위셀에 전자기파를 수직으로 입사시킨 경우 반사도 시뮬레이션 결과를 나타낸 도면이고, 도 29는 도 26의 단위셀에 전자기파를 비스듬히 입사시킨 경우 반사도 시뮬레이션 결과를 나타낸 도면이다.28 is a view showing a reflectance simulation result when an electromagnetic wave is vertically incident on the unit cell of FIG. 26, and FIG. 29 is a view showing a reflectance simulation result when an electromagnetic wave is incident on the unit cell of FIG. 26 obliquely.
도 28과 같이, 수직 입사의 경우 도 26의 단위셀(500)은 X 밴드 전체에서 TE, TM 편파 모두를 90%이상 흡수하여 반사도가 -10 dB 미만으로 낮아진 결과를 확인할 수 있다. 또한 도 29와 같이, 30도의 경사각을 갖도록 입사시킬 경우도 마찬가지로 X 밴드 전체에서 TE, TM 편파 모두를 90% 이상 흡수하여 반사도가 -10 dB 미만으로 낮아진 결과를 확인할 수 있다.As shown in FIG. 28, in the case of normal incidence, the
이와 같이, 본 발명에 따르면, 육각형 테두리 내부에 전도성 물질로 채워진 육각형 픽셀을 최적으로 배치하여 수직 및 경사 입사 조건에서 전자기파를 효과적으로 흡수할 수 있는 메타물질 흡수체를 제공한다.As described above, according to the present invention, there is provided a metamaterial absorber capable of effectively absorbing electromagnetic waves under normal and oblique incident conditions by optimally arranging hexagonal pixels filled with a conductive material inside the hexagonal rim.
또한, 중심축을 기준으로 여섯 방향으로 단위셀을 배치할 수 있어, 사각형 테두리를 갖는 메타물질 흡수체 구조보다 배치 자유도가 크게 늘어나 뾰족한 모서리 또는 곡률을 갖는 구조나 물체에도 최적으로 적용 가능하다.In addition, since unit cells can be arranged in six directions with respect to the central axis, the degree of freedom of arrangement is greatly increased compared to the metamaterial absorber structure having a rectangular rim, so that it can be optimally applied to structures or objects having sharp corners or curvature.
이와 같이, 본 발명은 전도성 물질이 채워진 육각형 픽셀이 최적으로 배치된 육각형 테두리를 가지는 메타물질 흡수체를 구현함으로써, 중심축을 기준으로 여섯 방향으로 단위셀을 배치할 수 있어, 모서리, 곡률이 있는 구조에도 용이하게 적용 가능하다.As such, the present invention implements a metamaterial absorber having a hexagonal rim in which hexagonal pixels filled with a conductive material are optimally arranged, so that unit cells can be arranged in six directions with respect to the central axis, even in structures with corners and curvatures. Easy to apply.
본 발명은 도면에 도시된 실시 예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.Although the present invention has been described with reference to the embodiment shown in the drawings, which is merely exemplary, those skilled in the art will understand that various modifications and equivalent other embodiments are possible therefrom. Accordingly, the true technical protection scope of the present invention should be determined by the technical spirit of the appended claims.
1: 제1 육각형 픽셀 2: 제2 육각형 픽셀
100,200,300,400,500: 단위셀1: first hexagonal pixel 2: second hexagonal pixel
100,200,300,400,500: unit cell
Claims (16)
상기 유전체는,
아크릴, 테플론, PET, 스티로폼, 폼 복합재 및 글라스 에폭시 중 적어도 하나를 포함하는 소재로 형성된 전자기파 메타물질 흡수체.The method according to claim 1,
The dielectric is
An electromagnetic wave metamaterial absorber formed of a material including at least one of acrylic, Teflon, PET, Styrofoam, foam composite, and glass epoxy.
상기 전도성 물질은,
카본 잉크, 구리(Cu), 은(Ag), 금(Au), 그래핀 및 인듐 주석 산화물 (ITO) 중 적어도 하나를 포함하는 소재로 형성된 전자기파 메타물질 흡수체.The method according to claim 1,
The conductive material is
An electromagnetic wave metamaterial absorber formed of a material containing at least one of carbon ink, copper (Cu), silver (Ag), gold (Au), graphene, and indium tin oxide (ITO).
복수의 단위셀이 격자 구조로 배열되어 형성된 전자기파 메타물질 흡수체.The method according to claim 1,
An electromagnetic wave metamaterial absorber formed by arranging a plurality of unit cells in a lattice structure.
복수의 단위셀이 폐루프 형태로 배열되어 형성된 전자기파 메타물질 흡수체.The method according to claim 1,
An electromagnetic wave metamaterial absorber formed by arranging a plurality of unit cells in a closed loop shape.
상기 폐루프의 중앙부 공간 내에 안테나가 배치되는 전자기파 메타물질 흡수체.6. The method of claim 5,
An electromagnetic wave metamaterial absorber in which an antenna is disposed in the central space of the closed loop.
상기 단위셀의 외곽 모양이 육각형 형태인 경우 상기 폐루프는 육각 구조를 가지는 전자기파 메타물질 흡수체.6. The method of claim 5,
When the outer shape of the unit cell is a hexagonal shape, the closed loop is an electromagnetic wave metamaterial absorber having a hexagonal structure.
상기 단위셀은,
외곽 모양이 육각형 형태 또는 직사각형 형태인 전자기파 메타물질 흡수체The method according to claim 1,
The unit cell is
Electromagnetic wave metamaterial absorber with a hexagonal or rectangular outer shape
상기 단위셀의 중심을 기준으로 상기 전도성 패턴을 중심각이 60°인 6개의 영역으로 분할할 경우 6개의 각 영역 내 패턴이 회전 대칭 형상을 가지는 전자기파 메타물질 흡수체.9. The method of claim 8,
When the conductive pattern is divided into six regions having a central angle of 60° based on the center of the unit cell, the pattern in each of the six regions has a rotationally symmetrical electromagnetic wave metamaterial absorber.
상기 단위셀의 중심을 기준으로 상기 전도성 패턴을 중심각이 60°인 6개의 영역으로 분할할 경우 서로 이웃한 영역 간에 패턴이 선 대칭 형상을 가지는 전자기파 메타물질 흡수체.9. The method of claim 8,
When the conductive pattern is divided into six regions having a central angle of 60° with respect to the center of the unit cell, the electromagnetic wave metamaterial absorber has a linearly symmetrical pattern between adjacent regions.
상기 단위셀의 중심을 기준으로 상기 전도성 패턴을 중심각이 90°인 4개의 영역으로 분할할 경우 서로 이웃한 영역 간에 패턴이 선 대칭 형상을 가지는 전자기파 메타물질 흡수체.9. The method of claim 8,
When the conductive pattern is divided into four regions having a central angle of 90° with respect to the center of the unit cell, the electromagnetic wave metamaterial absorber has a linearly symmetrical pattern between neighboring regions.
상기 단위셀의 외곽 모양이 육각형 형태인 경우 상기 단위셀 내부를 구성한 제1 및 제2 육각형 픽셀은,
상기 단위셀의 육각형 모양에 대해 90° 회전된 모양으로 배치된 전자기파 메타물질 흡수체. 9. The method of claim 8,
When the outer shape of the unit cell is a hexagonal shape, the first and second hexagonal pixels constituting the inside of the unit cell are,
An electromagnetic wave metamaterial absorber disposed in a shape rotated by 90° with respect to the hexagonal shape of the unit cell.
상기 단위셀의 외곽 모양이 육각형 형태인 경우 상기 단위셀 내부를 구성한 제1 및 제2 육각형 픽셀은,
상기 단위셀의 육각형 모양과 나란한 모양으로 배치된 전자기파 메타물질 흡수체. 9. The method of claim 8,
When the outer shape of the unit cell is a hexagonal shape, the first and second hexagonal pixels constituting the inside of the unit cell are,
Electromagnetic wave metamaterial absorber arranged in parallel with the hexagonal shape of the unit cell.
상기 단위셀의 외곽 모양이 직사각형 형태인 경우,
상기 전도성 패턴은,
복수의 제1 및 제2 육각형 픽셀이 조합 구성되며 최외각이 육각 모양을 갖도록 형성된 육각 패턴 영역, 그리고 상기 육각 패턴 영역의 바깥에 위치하며 복수의 제2 육각형 픽셀만으로 조합된 공백 패턴 영역으로 구분되는 전자기파 메타물질 흡수체.9. The method of claim 8,
When the outer shape of the unit cell is a rectangular shape,
The conductive pattern is
A hexagonal pattern area in which a plurality of first and second hexagonal pixels are combined and formed to have a hexagonal shape at the outermost side, and a blank pattern area located outside the hexagonal pattern area and combined only with a plurality of second hexagonal pixels Electromagnetic wave metamaterial absorber.
상기 단위셀 내부를 구성한 상기 제1 및 제2 육각형 픽셀은,
상기 육각 패턴 영역의 최외각의 육각 모양에 대해 90° 회전된 모양으로 배치된 전자기파 메타물질 흡수체. 15. The method of claim 14,
The first and second hexagonal pixels constituting the inside of the unit cell,
An electromagnetic wave metamaterial absorber disposed in a shape rotated by 90° with respect to the outermost hexagonal shape of the hexagonal pattern region.
상기 단위셀 내부를 구성한 상기 제1 및 제2 육각형 픽셀은,
상기 육각 패턴 영역의 최외각의 육각 모양과 나란한 모양으로 배치된 전자기파 메타물질 흡수체.15. The method of claim 14,
The first and second hexagonal pixels constituting the inside of the unit cell,
Electromagnetic wave metamaterial absorber arranged in parallel with the outermost hexagonal shape of the hexagonal pattern area.
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