KR102384943B1 - 선박용 금속체 통신 표면파 발생 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 표면파 발생 장치에 관한 것이다.
일 실시예에 따르는 표면파 발생 장치는, 금속 표면을 통하여 표면파 신호를 전달하는 표면파 발생 장치로서, 외부로부터 신호를 인가받아 전자기장을 형성하는 방사체, 상기 방사체의 상측에 위치하는 제1 유전체 기판, 상기 방사체의 하측에 위치하는 제2 유전체 기판, 상기 제2 유전체 기판의 하부에 위치하고, 상면에 제1 기하학적 패턴이 증착된, 제1 표면파 발생 부재, 상기 제1 표면파 발생 패턴 부재의 하단에 형성되는 제3 유전체 기판 및 상기 제3 유전체 기판과 상기 금속 표면 사이에 위치하고, 상면에 제2 기하학적 패턴이 증착된, 제2 표면파 발생 부재를 포함하고, 상기 제1 기하학적 패턴과 상기 제2 기하학적 패턴은 상이한 패턴으로 증착되며, 외부로부터 신호가 인가되면 상기 방사체에서 발생하는 전자기장을 통해 공진을 발생시키도록 구성될 수 있다.
일 실시예에 따르는 표면파 발생 장치는, 금속 표면을 통하여 표면파 신호를 전달하는 표면파 발생 장치로서, 외부로부터 신호를 인가받아 전자기장을 형성하는 방사체, 상기 방사체의 상측에 위치하는 제1 유전체 기판, 상기 방사체의 하측에 위치하는 제2 유전체 기판, 상기 제2 유전체 기판의 하부에 위치하고, 상면에 제1 기하학적 패턴이 증착된, 제1 표면파 발생 부재, 상기 제1 표면파 발생 패턴 부재의 하단에 형성되는 제3 유전체 기판 및 상기 제3 유전체 기판과 상기 금속 표면 사이에 위치하고, 상면에 제2 기하학적 패턴이 증착된, 제2 표면파 발생 부재를 포함하고, 상기 제1 기하학적 패턴과 상기 제2 기하학적 패턴은 상이한 패턴으로 증착되며, 외부로부터 신호가 인가되면 상기 방사체에서 발생하는 전자기장을 통해 공진을 발생시키도록 구성될 수 있다.
Description
본 발명은 금속 표면에 부착되어 표면파 신호를 전달하는 표면파 발생 장치에 관한 것이다.
신호를 전달하는 통신방식은 신호 전달에 이용되는 매체(medium)에 따라 유선 통신 방식과 무선 통신 방식으로 대별될 수 있다.
유선 통신 방식은 전송 효율이 좋고 데이터의 손실이 거의 없는 장점을 가진다. 다만, 유선 통신 방식은 전송 거리에 비례하는 길이의 케이블을 필요로 하며, 단말의 수에 따라 케이블 또한 추가적으로 필요하게 된다. 또한, 케이블을 지하에 매설하거나 수중을 통해 연결할 경우, 유선 방식은 설치 및 유지보수에 어려움이 있다.
이에 비하여 무선 통신 방식은 유선 통신 방식에 비해 전송효율이 낮아 손실이 크게 발생되는 단점을 가지고 있으나, 전송 거리 또는 단말의 수가 증가하여도 쉽게 설치 및 유지보수를 수행할 수 있는 장점을 지닌다.
다만 무선 통신 방식은 전송 경로에 장애물이 있거나 공기가 아닌 다른 매질이 있을 경우, 신호가 반사·굴절·흡수 등의 왜곡 현상이 일어나게 되어 신호의 손실이 급격하게 증가된다. 또한 전도체에 의해 둘러 쌓인 내부 공간(예: 선박 내부, 컨테이너 내부 등)에서는 무선통신에 의한 신호 전송에 제약을 받는다. 이와 같이 전파가 도달하지 못하는 환경을 극복하기 위하여 금속 표면을 이용한 통신 시스템이 요구된다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 금속 표면의 상태에 영향을 최소화하여 신호 전달 효율을 높일 수 있는 표면파 발생 장치를 제공하는 것이다.
표면파 발생 장치에서 금속 표면은 자기장이 흐르는 경로(매체)로 사용된다. 하지만 실제 표면파 발생 장치가 장착되는 금속 표면은 다양한 외부환경에 노출되어 이물층이 금속 표면위에 쌓이게 된다. 따라서 외부 환경에 노출된 금속 표면은 이상적인 미디어와 달리 이물층에 의해 통신 효율을 저하시키는 문제가 있었다.
이러한 이물층은 표면파 통신의 효율을 떨어뜨리고, 금속 구조물 내부에서의 통신을 불가능하게 하기도 한다.
이물층의 두께가 두꺼울수록, 표면파 발생 장치에 의한 통신의 효율이 저하되므로 문제를 해결할 수 있는 표면파 발생 장치가 요구된다.
일 실시예에 따르는 표면파 발생 장치는, 금속 표면을 통하여 표면파 신호를 전달하는 표면파 발생 장치로서, 외부로부터 신호를 인가받아 전자기장을 형성하는 방사체, 상기 방사체의 상측에 위치하는 제1 유전체 기판, 상기 방사체의 하측에 위치하는 제2 유전체 기판, 상기 제2 유전체 기판의 하부에 위치하고, 상면에 제1 기하학적 패턴이 증착된, 제1 표면파 발생 부재, 상기 제1 표면파 발생 패턴 부재의 하단에 형성되는 제3 유전체 기판 및 상기 제3 유전체 기판과 상기 금속 표면 사이에 위치하고, 상면에 제2 기하학적 패턴이 증착된, 제2 표면파 발생 부재를 포함하고, 상기 제1 기하학적 패턴과 상기 제2 기하학적 패턴은 상이한 패턴으로 증착되며, 외부로부터 신호가 인가되면 상기 방사체에서 발생하는 전자기장을 통해 공진을 발생시키도록 구성될 수 있다.
본 발명은 금속 구조물의 금속 표면의 상태에 따라, 표면파 발생 장치의 구조를 달리하여 이물층의 존재에도 불구하고, 통신 효율을 크게 감소시키지 않는 효과가 있다. 본 발명은 다양한 금속 구조물에 활용될 수 있다.
일 실시예에 따르는 표면파 발생 장치는 설치하고자 하는 선박 또는 설비의 표면에 존재하는 이물의 존재에 따라, 표면파 발생 장치의 구조가 결정될 수 있다. 예를 들면 선박과 같이 금속표면 보호를 위하여 페인트 등이 필수적으로 요구되는 경우라도 페인트의 두께 및 페인트의 고유 유전율을 고려하여 표면파 발생 장치의 구조가 결정됨으로써 통신 효율을 높일 수 있는 효과가 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 표면파 발생 장치를 통한 통신을 설명할 수 있는 개념도이다.
도 2는 일 실시예에 따른 표면파 발생 장치의 단면도이다.
도 3은 일 실시예에 따른 상이한 패턴이 증착된 표면파 발생 부재에 대한 예시도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 제3 표면파 발생 부재의 예시도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 표면파 발생 장치의 단면도이다.
도 6는 일 실시예에 따른 이물층이 존재하는 경우 표면파 발생 장치 구조 변경에 따른 성능 개선 결과를 나타내는 그래프이다.
도 2는 일 실시예에 따른 표면파 발생 장치의 단면도이다.
도 3은 일 실시예에 따른 상이한 패턴이 증착된 표면파 발생 부재에 대한 예시도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 제3 표면파 발생 부재의 예시도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 표면파 발생 장치의 단면도이다.
도 6는 일 실시예에 따른 이물층이 존재하는 경우 표면파 발생 장치 구조 변경에 따른 성능 개선 결과를 나타내는 그래프이다.
본 발명의 실시예들을 설명함에 있어서, 본 발명과 관련된 공지기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 그리고, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다. 상세한 설명에서 사용되는 용어는 단지 본 발명의 실시예들을 기술하기 위한 것이며, 결코 제한적으로 해석되어서는 안 된다. 명확하게 달리 사용되지 않는 한, 단수 형태의 표현은 복수 형태의 의미를 포함한다. 본 설명에서, "포함" 또는 "구비"와 같은 표현은 어떤 특성들, 숫자들, 단계들, 동작들, 요소들, 이들의 일부 또는 조합을 가리키기 위한 것이며, 기술된 것 이외에 하나 또는 그 이상의 다른 특성, 숫자, 단계, 동작, 요소, 이들의 일부 또는 조합의 존재 또는 가능성을 배제하는 것으로 해석되어서는 안 된다.
도면에서 도시된 각 시스템에서, 몇몇 경우에서의 요소는 각각 동일한 참조 번호 또는 상이한 참조 번호를 가져서 표현된 요소가 상이하거나 유사할 수 있음을 시사할 수 있다. 그러나, 요소는 상이한 구현을 가지고 본 명세서에서 보여지거나 기술된 시스템 중 몇몇 또는 전부와 작동할 수 있다. 도면에서 도시된 다양한 요소는 동일하거나 상이할 수 있다. 어느 것이 제1 요소로 지칭되는지 및 어느 것이 제2 요소로 불리는지는 임의적이다.
본 명세서에서 '연결'된다 함은 구성요소가 직접 연결되는 것 뿐 아니라 그 사이에 다른 구성요소가 결합되는 것을 포함할 수 있는 것으로 이해되어야 한다.
본 명세서에서 어느 하나의 구성요소가 다른 구성요소로 데이터 또는 신호를 '전송' 또는 '제공'한다 함은 어느 한 구성요소가 다른 구성요소로 직접 데이터 또는 신호를 전송하는 것은 물론, 적어도 하나의 또 다른 구성요소를 통하여 데이터 또는 신호를 다른 구성요소로 전송하는 것을 포함한다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시형태를 설명하기로 한다. 이하의 상세한 설명은 본 명세서에서 기술된 방법, 장치 및/또는 시스템에 대한 포괄적인 이해를 돕기 위해 제공된다. 그러나 이는 예시에 불과하며 본 발명은 이에 제한되지 않는다.
도 1은 일 실시예에 따른 표면파 발생 장치를 통한 통신을 설명할 수 있는 개념도이다.
도 1을 참조하면 일 실시예에 따르는 표면파 발생 장치(100)는, 금속 표면을 미디어로 하여 표면파 통신을 수행할 수 있다
표면파 통신은 금속체 표면에서 표면파를 발생시키고 표면파를 통하여 통신하는 기술로 금속 구조물로 이루어진 공간 어디에서든 통신이 가능하다. 표면파 통신은 에버네센트(evanescent) 통신, 소멸파 통신 등을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 표면파 발생 장치(100)는 금속 표면에 부착되어 표면파를 발생시켜 부착된 금속 표면을 통해서 신호를 전달할 수 있다.
여기에서 금속 표면은 금속으로 이루어진 구조물의 표면일 수 있다. 본 발명의 실시예에 따른 표면파 발생 장치(100)가 부착되는 금속 구조물의 일례로 선박, 컨테이너 구조물, 진공 챔버, 및 송유관을 비롯한 금속 배관 구조물 등을 들 수 있는데 이에 한정되는 것은 아니며, 이외에도 금속 표면을 갖는 다양한 구조물에 적용될 수 있다.
일부 금속 구조물에서 금속으로 폐곡면을 이루어 그 내부의 전부 또는 일부에 전자파가 도달하기 어려운 전자파 차폐 환경이 조성될 수 있다. 해당 환경에서 무선통신을 통한 신호의 전송은 제한적일 수밖에 없으며, 이 때 본 발명의 실시예에 따른 표면파 발생 장치(100)를 활용한 표면파 통신은 무선 통신의 대안이 될 수 있다.
전자기파에서 전기장은 금속 표면의 평면으로 진행함에 따라 세기가 급속히 감소할 수 있으나, 자기장(M)은 금속 표면의 평면으로 진행하여도 세기가 급속히 감소하지 아니할 수 있다. 따라서 표면파 발생 장치(100)는 자기장(M)을 이용하여 금속 표면을 통한 통신을 수행할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상술한 자기장(M)은 표면파 발생 장치(100)를 구성하는 표면파 발생 부재에 적층된 자기 패턴에 따라 변형될 수 있다. 표면파 발생 부재의 자기 패턴에 대한 상세한 설명은 도 2 및 도 3에서 설명된다.
ISM(Indstrial Scientific Medical band) 대역은 통신 주파수 대역으로 허가가 불필요한 소출력 무선 기기들이 ISM 대역을 이용하여 통신을 수행하고 있다.
일 실시예에 따르면 표면파 발생 장치(100)는 ISM대역의 주파수를 전달받아 전자기장을 발생시킬 수 있다. 예를 들면, 표면파 발생 장치(100)는, 금속 구조물의 표면에 장착되어, ISM대역의 주파수에서 산업, 과학, 의료용 기기 및 일상생활에서의 통신을 지원할 수 있다.
일 실시예에서 본 발명의 실시예에 따른 표면파 발생 장치(100)에는 ISM 대역이 이용될 수 있음을 설명하였으나, 이는 예시적인 것이다. 사용되는 주파수 대역은 이에 한정되지 않으며 레이어의 수, 면적, 두께, 패턴등을 변화시켜 다양한 주파수 대역을 이용한 통신이 가능하다.
일 실시예에 따르면 표면파 발생 장치(100)는 통신을 수행하기 위하여 ISM대역의 주파수를 수신하는 것 이외에도 다른 목적을 가지는 통신을 수행하기 위하여 필요한 주파수를 수신하도록 구조가 변경될 수 있다. 표면파 발생 장치의 구조 변경에 대한 상세한 설명은 도 2 및 도 3에서 설명된다.
상술한 실시예에 따른 표면파 발생 장치(100)는 장치를 제작하기 전에 장착하고자 하는 선박 또는 다양한 설비의 금속 표면에 대한 정보를 고려하여 구조가 변경되어 장착됨으로써, 이물층으로 인한 통신 효율 감소를 극복할 수 있고, 효율적인 표면파 통신을 수행할 수 있는 효과가 있다.
도 2는 일 실시예에 따른 표면파 발생 장치의 단면도이다.
도 2를 참조하면 일 실시예에 따르는 표면파 발생 장치(100)는, 신호를 전달받아 전자기장을 형성하는 방사체(120), 상기 방사체(120)의 상측에 위치하는 제1 유전체 기판(110), 상기 방사체의 하측에 위치하는 제2 유전체 기판(130), 상기 제2 유전체 기판(130)의 하측에 위치하는 제1 표면파 발생 부재(140), 상기 제1 표면파 발생 부재(140)의 하측에 위치하는 제3 유전체 기판(150), 상기 제3 유전체 기판(150)의 하측에 위치하는 제2 표면파 발생 부재(160)를 포함한다.
상기 제1 유전체 기판(110)은 범용적으로 사용되는 사각형상의 기판으로 에폭시, 수지 등을 포함하여 형성될 수 있다. 제1 유전체 기판(110)에는 수신회로 또는 발신회로 등이 형성되어 후술되는 방사체(120)와 전기적으로 연결될 수 있다.
일 실시예에 따르면 표면파 발생 장치(100)는 외부로부터 인가된 신호에 따라 전자기장을 형성할 수 있다. 전자기장이 형성되면 표면파 발생 장치(100)는 제1 유전체 기판(110), 방사체(120), 제2 유전체 기판(130) 및 제3 유전체 기판(150) 사이에서 발생된 용량성 특성과, 제1 표면파 발생 부재(140) 및 제2 표면파 발생 부재(160)에서 발생된 유도성 특성을 이용하여 전파를 방사할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 방사체를 통해 발생된 전자기장은 제2 유전체 기판(130)을 통과하고, 제1 표면파 발생 부재(140)를 향하여 전파를 전달할 수 있다. 제1 표면파 발생 부재(140)를 통과한 전자기장은, 제3 유전체 기판(150)을 통과하고, 제2 표면파 발생 부재(160)를 항하여 전파를 전달할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 제1 표면파 발생 부재(140) 및 제2 표면파 발생 부재(160)는 표면에 증착된 기하학적 패턴을 이용하여 금속을 통과할 수 있는 자성 에너지를 포집한 후, 수평 방향으로 자기장을 발생시킬 수 있다. 전자기파는 전기가 흐를 때 그 주위에 전기장과 자기장이 동시에 발생하는데 이들이 주기적으로 바뀌면서 생기는 파동이다. 전자기파가 금속 표면을 따라 진행하면서 전기장은 그 세기가 급속히 감소할 수 있으나, 자기장은 세기가 급속히 감소하지 아니하는 특성을 갖는다. 따라서 표면파 발생 장치(100)는 자기장을 이용하여 금속 표면을 통한 통신을 수행할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 제1 표면파 발생 부재(140) 및 제2 표면파 발생 부재(160)에는 기하학적 패턴이 증착될 수 있다. 이때 제1 표면파 발생 부재(140) 및 제2 표면파 발생 부재(160)에 증착되는 기하학적 패턴은 상이할 수 있다.
여기에서, 이물층(S)은 표면파 통신에서 미디어로 사용되는 금속 표면(M.S.)(metal surface)에 존재하여 전자기적 특성을 변화시킬 수 있는 다양한 물질로 구성된 층으로, 일례로 금속 구조물의 금속 표면에 도포된 도료, 금속 표면에 쌓인 먼지, 금속의 부식으로 발생된 부식생성물, 염분, 오염물질일 수 있다. 하지만 이물층이 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 실시예에 따른 표면파 발생 장치(100)는 선박에 장착될 수 있고, 금속 구조물은 선박을 구성하는 일부 또는 선박 자체일 수 있다. 선박은 부식 방지를 위하여 페인트 등의 도료로 그 표면을 도포할 수 있는데 금속 구조물인 선박 또는 그 일부의 표면에 도포된 페인트는 이물층의 구체적인 일례가 될 수 있다. 이때 이물층은 다양한 성분의 물질이 혼합되어 1개 층을 이루거나, 또는 다층의 구조를 가질 수 있다. 이러한 이물층의 존재는 금속 표면(280)을 통한 표면파 발생 장치의 전송 효율을 감소시킬 수 있다.
표 1은 이물층(S) 두께 증가에 따른 표면파 발생기의 효율을 실험한 결과를 나타낸 것이다.
표 1에서 볼 수 있는 바와 같이, 이물층(S)의 두께가 증가함에 따라 통신 효율이 감소한다. 이는 이물층에 의한 임피던스의 변화에 따른 것일 수 있다. 표 1의 실험 결과에서 이물층의 두께가 1~3mm로 증가됨에 따라 2.4GHz~2.5GHz 대역에서 통신효율은 59%에서 25%로 감소함을 확인할 수 있다.
이물층(S) 자체로 인한 임피던스의 변화(이물층에 의한 저항 성분의 증가, 리액턴스 (캐패시턴스 + 인덕턴스) 성분의 변화는 표면파 발생 장치(100)의 복수의 표면파 발생 부재 상에 증착되는 자기장 패턴을 통해 대응되는 리액턴스 성분을 제공하여(가령, 임피던스 매칭되도록 설정) 상쇄시킬 수 있다. 예를 들면, 이물층에 의해 발생한 캐패시턴스 성분에 의한 임피던스 미스매칭을 상쇄하기 위하여 복수의 표면파 발생 부재상의 자기장 패턴을 서로 다르게 증착할 수 있다.
도 2에 도시된 예에서 유전체 기판, 방사체(120) 및 표면파 발생 부재의 두께 및 면적은 임의적인 것으로 유전체 기판, 방사체 또는 표면파 발생 부재의 두께 또는 면적은 안테나의 특성에 영향을 미치는 유전율에 따라 각각 상이하게 형성될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기한 표면파 발생 부재 각각에 증착된 자기장 패턴을 상이하게 증착함으로써, 임피던스 매칭이 이루어질 수 있다.
다른 실시예에 따르면, 복수의 유전체 기판 및 표면파 발생 부재의 각각의 두께 또는 면적이 상이하게 결정되어, 임피던스 매칭이 이루어질 수 있다.
예를 들면, 표면파 발생 장치(100)를 구성하는 복수의 유전체 기판 및 표면파 발생부재는, 표면파 발생 장치(100)를 장착하려는 금속 구조물의 페인트 두께(이물층의 두께)를 고려하여, 복수의 유전체 기판 또는 표면파 발생 부재의 두께 또는 면적(면적 및/또는 폭을 조정)이 결정될 수 있다. 따라서 표면파 발생 장치(100)는 유전체 기판 또는 표면파 발생 부재의 두께 또는 면적의 결정에 따른, 임피던스 매칭이 이루어질 수 있다.
다른 실시예에 따르면, 표면파 발생 장치(100)는, 표면파 발생 장치를 장착하려는 설비의 금속 이외의 물질, 즉 이물층(S)을 고려하여, 표면파 발생 장치(100)를 구성하는 복수의 유전체 기판 또는 표면파 발생 부재의 개수가 결정될 수 있다.
다시 말해, 상기 유전체 기판 또는 표면파 발생 부재의 개수 또한 금속에 존재하는 이물층(S) 인한 임피던스 미스매칭을 해결하기 방법으로 사용될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 표면파 발생 장치(100)는 임피던스 매칭을 위하여 제2 표면파 발생 부재(160)의 하부에 제4 유전체 기판 및 제3 표면파 발생 부재를 더 포함할 수 있다. 또한 경우에 따라 복수의 유전체 기판 및 복수의 표면파 발생 부재를 더 포함할 수 있다.
다른 실시예에 따르면, 표면파 발생 장치(100)를 구성하는 복수의 유전체 기판 또는 복수의 표면파 발생 부재의 개수는, 외부로부터 수신하는 주파수 대역의 결정을 위해 정해질 수 있다. 다시 말하면, 표면파 발생 장치(100)를 사용하여 통신하려는 목적에 따라, 복수의 유전체 기판 또는 복수의 표면파 발생 부재의 개수를 달리하여, 표면파 발생 장치(100)를 제작할 수 있다.
다른 실시예에 따르면 표면파 발생 장치(100)를 구성하는 복수의 유전체 기판 또는 복수의 표면파 발생 부재의 두께 또는 면적은, 외부로부터 수신하는 주파수 대역의 결정을 위해 조정된 것일 수 있다. 다시 말하면, 표면파 발생 장치(100)를 사용하여 통신하려는 경우 미디어의 상태, 사용 주파수 대역에 따라 복수의 유전체 기판 또는 복수의 표면파 발생 부재 각각의 두께, 면적 및 폭을 적응적으로 결정하여 표면파 발생 장치(100)를 제작할 수 있다.
상기한 다양한 실시예에 따른, 표면파 발생 장치(100)는, 표면파 발생 장치(100)를 장착하려는 금속 구조물의 미디어에 존재하는 이물질의 종류 및 두께를 고려하여 구조가 결정될 수 있으므로, 임피던스 매칭을 통하여 신호의 전달 효율을 높일 수 있다.
도 3은 일 실시예에 따른 상이한 패턴이 증착된 표면파 발생 부재에 대한 예시도이다.
도 3을 참조하면 제1 표면파 발생 부재(140)와 제2 표면파 발생 부재(160) 각각에 증착된 자성체는 서로 다른 패턴으로 증착될 수 있다.
일 실시예에서 증착에는 PVD(physical vapor deposition)와, CVD(chemical vapor deposition), 또는 ALD(atomic layer deposition) 공정이 적용될 수 있다. PVD는 열 증착법(thermal evaporation), 전자빔 증착법(E-beam evaporation) 및 스퍼터링 법(sputtering)을 포함할 수 있다.
CVD는 화학반응을 이용한 증착 방법으로, 열에너지 또는 플라즈마 에너지를 이용할 수 있다. 열에너지를 이용하는 CVD는, APCVD(atmosphere pressure chemical vapor deposition)와 LPCVD(low pressure chemical vapor deposition) 방식을 포함할 수 있다. 플라즈마 에너지를 이용하는 CVD는 PECVD(plasma enhanced chemical vapor deposition)와 HDPCVD(high density plasma chemical vapor deposition) 방식을 포함할 수 있다. ALD는 기재에 흡착된 전구체를 치환하여 증착하는 방식으로, 선택적인 증착을 할 수 있다.
일 실시예에 따르면 표면파 발생 부재에 증착되는 패턴은 금속의 전도체로서 자성체 등을 포함할 수 있다. 상기 패턴은 에너지를 포집한 후 해당되는 주파수 대역에서 공진이 발생되면 표면파를 발생시킬 수 있다.
도 3에 나타난 패턴은 예시적인 것이며, 표면파 발생 부재는 표면파 발생 장치를 장착하려는 금속 구조물의 금속 표면에 존재하는 이물질의 종류 및 두께를 고려하여 각각 상이한 패턴이 결정될 수 있다.
다시 말해 표면파 발생 부재의 패턴은, 표면파 발생 부재를 장착하고자 하는 금속 표면에 대한 상태에 따라 다양한 형태로 제작될 수 있다.
표면파 발생 부재 패턴을 결정하는 기본 원리는 신호가 표면파 발생 장치에 인가되면 방사체에서 전기장과 자기장의 신호를 구분할 수 있고, 표면파 발생 부재에서 이 전기장과 자기장의 신호 중 임의의 표면파 발생 부재의 패턴 통해 자기장 에너지를 포집할 수 있다는 것이다.
일 실시예에 따르면 상술한 표면파 발생 부재에 임의의 패턴을 삽입하여 임의의 표면파 발생 부재의 일면 상의 패턴과, 상기 임의의 패턴의 캐패시턴스와 인덕턴스 성분으로 임피던스 매칭을 수행할 수 있고, 또한 통신하기 원하는 주파수 대역을 조정할 수 있다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 제3 표면파 발생 부재의 예시도이다.
일 실시예에 따르면 표면파 발생 장치는 제3 표면파 발생 부재(180)를 더 포함할 수 있다. 일 실시예에 따르면 제3 표면파 발생 부재(180)는 임피던스 매칭을 위해 더 세밀하게 패턴이 결정될 수 있다.
예를 들면 표면파 발생패턴은 여러 패턴으로 응용 가능하며, 사각형의 미앤더 패턴으로 증착될 수 있다.
일 실시에 따르면 표면파 발생 부재 일면에 제1 패턴, 제2 패턴 및 제3 패턴으로 적층할 경우 패턴에 따른 자기장의 에너지를 더 많이 포집할 수 있고 따라서 표면파 발생 장치는, 상황에 따라 더 많은 표면파 발생 부재 일면에 패턴을 더 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면 증착은 마스크를 표면파 발생 부재상에 배치한 이후, 증착 공정으로 마스크가 점유하는 영역을 제외한 일면에 자성 물질을 증착하여 형성될 수 있다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 표면파 발생 장치의 단면도이다.
도 5를 참조하면 표면파 발생 장치(100)는 도 1의 표면파 발생 장치에 더하여 제4 유전체 기판(170) 및 제3 표면파 발생 부재(180)를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면 표면파 발생 장치(100)는 표면파 발생 장치(100)를 장착하려는 선박의 금속 표면(M.S.)에 존재하는 이물층(S)의 두께 및 종류에 기반하여 복수의 유전체 기판 및 복수의 표면파 발생 부재를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면 표면파 발생 장치(100)의 레이어의 개수는 통신을 수행하고자 하는 주파수 대역을 고려하여 결정될 수 있다.
예를 들면 레이어의 개수는 표면파 발생 장치(100)가 전달하려는 주파수 대역에 기반하여 변경될 수 있다.
다른 예를 들면 레이어의 개수는 표면파 발생 장치(100)에서 발생하는 표면파의 임피던스 매칭을 위해 변경될 수 있다.
도 6는 일 실시예에 따른 이물층이 존재하는 경우, 표면파 발생 장치 구조 변경에 따른 성능 개선 결과를 나타내는 그래프이다.
도 6를 참조하면 ISM대역인 2.4GHz 내지 2.5GHz에서, 각각 이물층이 없는 경우에 구조 변경이 없는 표면파 발생 장치의 통신효율, 이물층이 3mm로 쌓인 경우에 구조 변경이 없는 표면파 발생 장치의 통신 효율 및 이물층이 3mm로 쌓인 경우에 구조를 변경한 표면파 발생 장치의 통신 효율을 볼 수 있다.
표 2를 참조하면 표면파 발생 장치의 효율을 참조하면 이물질이 3mm로 쌓인 경우, 표면파 발생 장치의 구조를 변경하지 않으면 수신주파수가 2.45GHz일 때 통신 효율은 15%로 효율이 저하되나, 표면파 발생 장치의 구조를 변경하면 50%의 통신 효율을 나타내어 원활한 통신을 수행할 수 있는 효과를 확인할 수 있다.
또한, 실험 주파수 영역에서, 이물층이 3mm인 경우 표면파 발생 장치의 구조를 변경하면(3mm tune), 이물층이 없는 경우에 근접한 통신효율이 나타나므로, 원활한 통신이 가능함을 확인할 수 있다.
상술한 실험 주파수 대역 뿐 아니라, 통신하려는 목적에 따라 다양한 주파수 영역에서 표면파 발생 장치는 구조가 달리 제작될 수 있다. 상술한 실험예를 참고하면 다양한 주파수 영역에서 임피던스 매칭을 이룰 수 있도록, 표면파 발생 장치의 구조를 변경하여 제작될 수 있고, 따라서 이물층에 의한 통신효율 감소를 최소화 할 수 있다.
일 실시예에 따르는 표면파 발생 장치는, 금속 표면을 통하여 표면파 신호를 전달하는 표면파 발생 장치로서, 외부로부터 신호를 인가받아 전자기장을 형성하는 방사체, 상기 방사체의 상측에 위치하는 제1 유전체 기판, 상기 방사체의 하측에 위치하는 제2 유전체 기판, 상기 제2 유전체 기판의 하부에 위치하고, 상면에 제1 기하학적 패턴이 증착된, 제1 표면파 발생 부재, 상기 제1 표면파 발생 패턴 부재의 하단에 형성되는 제3 유전체 기판 및 상기 제3 유전체 기판과 상기 금속 표면 사이에 위치하고, 상면에 제2 기하학적 패턴이 증착된, 제2 표면파 발생 부재를 포함하고, 상기 제1 기하학적 패턴과 상기 제2 기하학적 패턴은 상이한 패턴으로 증착되며, 외부로부터 신호가 인가되면 상기 방사체에서 발생하는 전자기장을 통해 공진을 발생시키도록 구성될 수 있다.
일 실시예에 따르는 표면파 발생 장치의, 상기 제1 기하학적 패턴 및 상기 제2 기하하적 패턴은, 상기 금속 표면에 존재하는 이물층에 의한 임피던스 변화에 기반하여 결정될 수 있다.
일 실시예에 따르는 표면파 발생 장치는, 상기 제2 표면파 발생 부재의 하부에 제4 유전체 기판 및 상기 제4 유전체 기판 하부에 제3 표면파 발생 부재를 더 포함하도록 구성될 수 있다.
일 실시예에 따르는 표면파 발생 장치는, 상기 제1 유전체 기판으로 수신되는 주파수가 결정되도록, 상기 제1 유전체 기판, 상기 제2 유전체 기판, 상기 제3 유전체 기판, 상기 제1 표면파 발생 부재 또는 상기 제2 표면파 발생 부재 각각의, 두께 또는 면적이 결정될 수 있다.
일 실시예에 따르는 표면파 발생 장치는, 상기 금속 표면에 존재하는 이물층에 의한 임피던스 변화에 기반하여, 상기 제1 유전체 기판, 상기 제2 유전체 기판, 상기 제3 유전체 기판, 상기 제1 표면파 발생 부재 또는 상기 제2 표면파 발생 부재 각각의 두께 또는 면적이 결정될 수 있다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
Claims (5)
- 금속 표면을 통하여 표면파 신호를 전달하는 표면파 발생 장치로서,
외부로부터 신호를 인가받아 전자기장을 형성하는 방사체;
상기 방사체의 상측에 위치하는 제1 유전체 기판;
상기 방사체의 하측에 위치하는 제2 유전체 기판;
상기 제2 유전체 기판의 하부에 위치하고, 상면에 제1 기하학적 패턴이 증착된, 제1 표면파 발생 부재;
상기 제1 표면파 발생 부재의 하단에 형성되는 제3 유전체 기판; 및
상기 제3 유전체 기판과 상기 금속 표면 사이에 위치하고, 상면에 제2 기하학적 패턴이 증착된, 제2 표면파 발생 부재; 를 포함하고,
상기 제1 기하학적 패턴과 상기 제2 기하학적 패턴은 상이한 패턴으로 증착되며,
외부로부터 신호가 인가되면 상기 방사체에서 발생하는 전자기장을 통해 공진을 발생시키는 표면파 발생 장치.
- 제1항에 있어서,
상기 제1 기하학적 패턴 또는 상기 제2 기하학적 패턴은,
상기 금속 표면에 존재하는 이물층에 의한 임피던스 변화에 기반하여 결정되는,
표면파 발생 장치.
- 제1항에 있어서,
상기 제2 표면파 발생 부재의 하부에 제4 유전체 기판; 및
상기 제4 유전체 기판 하부에 제3 표면파 발생 부재; 를 더 포함하는,
표면파 발생 장치.
- 제1항에 있어서,
상기 제1 유전체 기판으로 수신되는 주파수가 결정되도록,
상기 제1 유전체 기판, 상기 제2 유전체 기판, 상기 제3 유전체 기판, 상기 제1 표면파 발생 부재 또는 상기 제2 표면파 발생 부재 각각의,
두께 또는 면적이 결정되는,
표면파 발생 장치.
- 제1항에 있어서,
상기 금속 표면에 존재하는 이물층에 의한 임피던스 변화에 기반하여,
상기 제1 유전체 기판, 상기 제2 유전체 기판, 상기 제3 유전체 기판, 상기 제1 표면파 발생 부재 또는 상기 제2 표면파 발생 부재 각각의,
두께 또는 면적이 결정되는,
표면파 발생 장치.
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