KR102558314B1 - 전자기파 흡수 기능을 갖는 복합재 패널 및 이를 포함하는 구조체 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전자기파 흡수 기능을 갖는 복합재 패널에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 전자기파를 흡수 또는 차폐하는 얇은 시트 형 전자기파 흡수 물질을 포함하여 구조체 내부에서 발생된 전자기파의 난반사를 방지한 전자기파 흡수 기능을 갖는 복합재 패널 및 이를 포함하는 안테나 일체형 구조에 관한 것이다.

Description

전자기파 흡수 기능을 갖는 복합재 패널 및 이를 포함하는 구조체{Composite Panel having an Electromagnetic Wave Absorption Function and Structure including the Same}

본 발명은 전자기파 흡수 기능을 갖는 복합재 패널에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 전자기파를 흡수 또는 차폐하는 얇은 시트 형 전자기파 흡수 물질을 포함하여 구조체 내부에서 발생된 전자기파의 난반사를 방지한 전자기파 흡수 기능을 갖는 복합재 패널 및 이를 포함하는 안테나 일체형 구조에 관한 것이다.

종래의 항공기에 적용된 돌출형 안테나는, 항고기의 외부 항력 증가, 스텔스 성능 저하, 기체 구조 장착을 위한 부품수 및 중량의 증가 등의 단점을 갖는다. 이를 보완하기 위해 항공기 구조 내부에 안테나를 삽입하는 '구조 내장형 안테나' 또는 구조와 안테나를 일체화하는 '안테나 일체형 구조' 개발을 위한 연구가 지속적으로 수행되고 있다.

도 1에는 일반적인 안테나 일체형 구조체(10)의 개략단면도가 도시되어 있다. 도시된 바와 같이 안테나 일체형 구조체(10)는, 복합재 패널(1a)의 결합으로 이루어지며, 내부에 공간이 형성된 구조체(1)와, 구조체(1) 내부에 구비되는 안테나 모듈(3)과, 전자파의 송신 성능을 높이기 위해 복합재 패널(1a)의 일부 영역에 대체 구비되고 투명 재질로 이루어진 윈도우(5)를 포함하여 구성된다.

이때, 샌드위치 패널 형태의 안테나 일체형 구조와 경량 항공전자장비 케이스의 재료로 활용되는 복합재 패널(1a)은 탄소섬유 복합재료로 이루어지며, 탄소섬유(Fiber)의 도체 특성으로 전자기파 차폐의 기본적인 재료성질을 가지고 있으나 부도체인 폴리머를 섬유를 고정하여 하중을 지지할 수 있도록 하는 기질(Matrix)로 적용하기 때문에, 복잡한 난반사 특성을 갖는다.

따라서 안테나 일체형 구조체(10)의 경우 도 1에 도시된 바와 같이 구조체(1) 내부의 전자기파 난반사로 인해 안테나 주파수의 대역폭 감소, 안테나 패턴의 불균질(Null point 발생) 등의 통신 성능 저하의 원인으로 작용하고 있다. 또한, 항공우주전자장비 하우징의 경우 장비 내 전자기파 난반사로 기능저하 및 작동오류 등의 문제가 발생한다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서 본 발명의 목적은, 안테나 일체형 구조체의 통신 성능 향상과 항공우주전자장비 경량화 케이스의 구현을 위해 얇은 시트 형 전자기파 흡수 물질(Electro-Magnetic wave absorber)이 적용된 경량 복합재 패널 및 이를 포함하는 구조체를 제공함에 있다.

본 발명의 일실시 예에 따른 전자기파 흡수 기능을 갖는 복합재 패널은, 복합재로 이루어진 또는 복수의 복합재가 다단으로 적층된 복합재층; 상기 복합재층의 내측에 구비되며, 금속 물질 또는 도체로 이루어진 전자기파 흡수 물질을 포함하는 전자기파 흡수층; 및 상기 복합재층과 상기 전자기파 흡수층 사이에 구비되며, 적층 방향을 따라 소정의 두께를 갖고, 비금속 물질 또는 부도체로 이루어진 분리층을 포함한다.

이때, 상기 복합재 패널은, 상기 전자기파 흡수층의 내측에 구비되며, 적층 방향을 따라 소정의 두께를 갖고, 직물 재질로 이루어진 접착층을 더 포함한다.

또한, 상기 접착층은, 복합재 패널 내측에서 발생된 전자기파가 상기 전자기파 흡수층으로 전달되도록 전자 유리 직물로 이루어진 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 접착층은, 상기 복합재 패널과 다른 구조물의 본딩 접착이 가능하도록 내측면에 접착 성분이 코팅되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 전자기파 흡수층은, 시트 형태로 이루어지되, 복수의 중공부가 이격 배치된 격자형 몸체를 포함한다.

또한, 상기 중공부는, 최대 길이가 흡수 대상 전자기파의 주파수 파장의 1/2보다 짧게 형성된 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일실시 예에 따른 전자기파 흡수 기능을 갖는 복합재 패널을 포함하는 구조체는, 상술된 복합재 패널(100, 200)의 결합으로 이루어지며, 내부에 공간이 형성된 케이스(150); 케이스(150) 내부에 구비되는 안테나 모듈(300); 및 상기 안테나 모듈의 전자파의 송신 성능을 높이기 위해 상기 복합재 패널(100, 200)의 일부 영역에 대체 구비되고 투명 재질로 이루어진 윈도우(500)를 포함한다.

상기와 같은 구성에 의한 본 발명의 전자기파 흡수 기능을 갖는 복합재 패널 및 이를 포함하는 구조체는, 구조체 내부에서 발생된 전자기파의 난반사를 방지하여 안테나 주파수 대역폭의 감소를 방지함에 따라 통신 성능의 저하를 방지한 효과가 있다.

또한, 전자장비 하우징 내 전자기파 난반사로 인한 기능저하 및 작동 오류를 예방한 효과가 있다.

또한, 복합재층과 전자기파 흡수물질 사이에는 분리층을 적용하여 전자기파 흡수물질의 도체 성분으로 인해 탄소섬유를 포함하는 복합재 패널의 부식을 방지하여 내구성을 향상시킨 효과가 있다.

또한, 전자기파 흡수물질은 격자형 구조를 적용하고 빈공간의 크기 조절을 통해 전자기파의 주파수 파장 길이에 따라 효율적인 전자기파 흡수가 가능하도록 하여 난반사 방지 효율을 향상시킨 효과가 있다.

또한, 전자기파 흡수물질의 외면에는 접착층을 형성하여 전자기파 흡수물질의 박지 현상을 최소화하고, 타구조물과의 결합 성능을 향상시킨 효과가 있다.

도 1은 일반적인 안테나 일체형 구조체의 개략단면도
도 2는 본 발명의 일실시 예에 따른 복합재 패널 개념도
도 3은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 복합재 패널의 분해단면도
도 4는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 복합재 패널의 분해단면도
도 5는 본 발명의 일실시 예에 따른 전자기파 흡수층의 평면도
도 6은 본 발명의 일실시 예에 따른 복합재 패널을 포함하는 구조체 개략단면도

이하, 상기와 같은 본 발명의 일실시예에 대하여 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 2에는 본 발명의 일실시 예에 따른 복합재 패널(100, 200)의 개념도가 도시되어 있다. 도시된 바와 같이 복합재 패널(100, 200)은, 패널의 내측에서 발생된 입사 전자기파(Incident EM wave)를 흡수 또는 차폐하여 패널의 내측으로 반사되는 전자기파(Reflected EM wave), 또는 패널의 외측으로 투과되는 전자기파(Transmitted EM wave)를 최소화하도록 전자기파 흡수물질을 포함하는 것을 특징으로 한다. 이에 따라 패널 내측에서 발생될 수 있는 전자기파의 난반사를 최소화함에 그 목적이 있다.

이하 상기와 같은 목적을 갖는 본 발명의 일실시 예에 따른 복합재 패널(100, 200)에 대하여 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.

- 실시 예 1 (기본 형)

도 3에는, 본 발명의 제1 실시 예에 따른 복합재 패널(100)의 분해단면도가 도시되어 있다. 도시된 바와 같이 복합재 패널(100)은, 복합재층(110)과, 전자기파 흡수층(120)과, 분리층(150)을 포함하여 구성된다.

복합재층(110)은 탄소섬유 복합재를 다단으로 적층한 탄소합성층(Carbon composite layers)으로 이루어질 수 있다. 탄소섬유는 유기 섬유를 불활성 기체 속에서 가열, 탄화하여 만든 섬유의 일종으로, 탄소 섬유는 금속보다 가벼우면서도 금속에 비해 강도와 탄성이 뛰어나며 내열성, 내충격성이 좋고 부식될 우려가 없다. 이러한 장점 때문에 탄소 섬유는 항공기, 풍력 발전 기기, 자동차 부품, 토목ㆍ건축용 자재 등으로 널리 사용되고 있다.

전자기파 흡수층(120)은 복합재층(110)의 내측에 구비된다. 전자기파 흡수층(120)은 전자기파 흡수 기능을 갖는 얇은 시트 형으로 이루어지며, 전자기파 흡수 물질을 포함한다. 전자기파 흡수 물질은 전자기파의 흡수 및 차단을 위해 금속 도체를 포함하여 구성될 수 있다.

분리층(150)은, 복합재 패널(100)의 적층 방향을 따라 소정의 두께를 갖는 시트 형으로 이루어진다. 분리층(150)은 복합재층(110)과 전자기파 흡수층(120) 사이에 구비될 수 있다. 복합재 패널(100)과 전자기파 흡수층(120)이 직접 맞닿을 경우 복합재 패널(100)의 탄소 섬유로 인해 금속 재질의 전자기파 흡수층(120)에 전기화학적 부식이 발생될 수 있다. 따라서 전자기파 흡수층(120)이 복합재층(110)과 직접 맞닿는 것을 방지하도록 분리층(150)을 통해 전자기파 흡수층(120)과 복합재층(110)이 서로 이격 배치된다. 즉 분리층(150)의 외측에는 복합재층(110)이 맞닿아 결합되고, 분리층(150)의 내측에는 전자기파 흡수층(120)이 맞닿아 결합된다. 분리층(150)은 부도체인 비금속 재질로 이루어질 수 있고, 일예로 전자 유리 직물(E-glass woven fabric) 일 수 있다. 전자 유리 직물은 일정 수준의 구조 하중지지 역할을 담당할 수 있어 전자 유리 직물을 분리층으로 사용하는 경우 복합재 패널(100)의 추가적인 구조적 성능을 향상을 기대할 수 있다. 전자 유리 직물과 유사한 성능을 가지는 대체재로 크리스탈 직물 복합재가 있으며, 구조 하중지지 역할은 담당하기 어렵지만 전자기파를 효과적으로 통과시킬 수 있는 약간의 유리섬유 메시가 포함된 접착 필름(Adhesive film) 또한 대체재로 활용 가능하다.

- 실시 예 2 (접착층 추가 형)

도 4에는, 본 발명의 제2 실시 예에 따른 복합재 패널(200)의 분해단면도가 도시되어 있다. 도시된 바와 같이 복합재 패널(200)은, 복합재층(210)과, 전자기파 흡수층(220)과, 분리층(250)과, 접착층(260)을 포함하여 구성된다.

복합재층(210)과, 전자기파 흡수층(220)과, 분리층(250)은 상술된 제1 실시 예에 따른 복합재 패널(100)의 복합재층(110), 전자기파 흡수층(120) 및 분리층(150)과 그 구성 및 결합관계가 동일하여 상세 설명을 생략한다.

접착층(260)은, 복합재 패널(100)의 적층 방향을 따라 소정의 두께를 갖는 시트 형으로 이루어진다. 접착층(260)은 전자기파 흡수층(220)의 내측에 맞닿아 구비될 수 있다. 전자기파 흡수층(220)의 내측에 접착층(260)이 구비됨에 따라 전자기파 흡수층(220)의 층간 박리 현상을 최소화할 수 있다. 또한, 다른 구조물과 본딩 접착 등으로의 결합이 용이하도록 구성된다. 일예로 접착층(260)은, 직물 복합 재질로 이루어질 수 있다. 보다 바람직하게 접착층(260)은, 복합재 패널(100)의 전자기파가 접착층(260)으로 인해 반사되지 않고, 전자기파 흡수층(220)으로 원활하게 전달되도록 전자 유리 직물(E-glass woven fabric) 일 수 있다. 추가적으로 접착층(260)의 내측면에는 접착 성분이 코팅되어 별도의 추가 작업 없이 다른 구조물과의 본딩 접착이 가능하도록 구성될 수 있다.

도 5에는 본 발명의 일실시 예에 따른 전자기파 흡수층(220)의 평면도가 도시되어 있다. 도시된 바와 같이 전자기파 흡수층(220)은 복수의 중공부(225)가 이격 배치된 격자형 몸체(221)를 포함하여 구성될 수 있다. 전자기파 흡수층(220)이 다수의 중공부(225)를 포함하는 경우 복합재층(110)과의 결합 강도를 향상시킬 수 있고, 중공부(225)의 크기를 조절하여 차폐 및 흡수 대상 전자기파의 주요 주파수 파장 길이에 최적화된 차폐 및 흡수 성능을 제공하도록 구성된다. 일예로 전자기파는 주파수에 따라 파장의 길이가 결정되며, 해당 주파수 파장의 1/2보다 작은 중공부를 투과하지 못한다. 이러한 특성을 이용하여 전자기파 흡수층에 차폐하고자 하는 특정 주파수의 1/2 이하 크기의 중공부를 적용하고, 이를 접착부 등의 목적으로 활용 가능하다.

도 6에는, 본 발명의 일실시 예에 따른 복합재 패널(100, 200)을 포함하는 구조체(1000)의 개략단면도가 도시되어 있다. 본실시 예에서는 구조체(1000)가 안테나 일체형 구조체로 도시되어 있으나, 항공우주전자장비 경량화 케이스에도 적용될 수 있다.

구조체(1000)는 복합재 패널(100, 200)의 결합으로 이루어지며, 내부에 공간이 형성된 케이스(150)와, 케이스(150) 내부에 구비되는 안테나 모듈(300)과, 전자파의 송신 성능을 높이기 위해 복합재 패널(100, 200)의 일부 영역에 대체 구비되고 투명 재질로 이루어진 윈도우(500)를 포함하여 구성된다.

케이스(150)를 이루는 복합재 패널(100, 200)은 내측에 전자기파 흡수층 또는 접착층이 위치하도록 하고, 외측에 복합재층이 위치하도록 배치될 수 있다.

도시된 바와 같이 본 발명의 복합재 패널(100, 200)이 적용된 구조체(1000)는, 내부에서 발생된 전자기파가 복합재 패널(100, 200)의 전자기파 흡수층으로 인해 난반사 되는 것을 최대한 억제하고, 외부 송신을 위한 전자기파가 윈도우(500)를 통해 송신되도록 하여 안테나 주파수의 대역폭 감소를 방지하고, 안테나 패턴의 불균질(Null point 발생) 등의 통신 성능 저하를 예방할 수 있다.

본 발명의 상기한 실시 예에 한정하여 기술적 사상을 해석해서는 안 된다. 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당업자의 수준에서 다양한 변형 실시가 가능하다. 따라서 이러한 개량 및 변경은 당업자에게 자명한 것인 한 본 발명의 보호범위에 속하게 된다.

1000 : 복합재 패널을 포함하는 구조체
100, 200 : 복합재 패널
110, 210 : 복합재층
120, 220 : 전자기파 흡수층
221 : 격자형 몸체 225 : 중공부
150, 250 : 분리층
260 : 접착층

Claims (7)

1. 탄소섬유 복합재로 이루어진 또는 복수의 복합재가 다단으로 적층된 복합재층;
   상기 복합재층의 내측에 구비되며, 금속 물질 또는 도체로 이루어진 전자기파 흡수 물질을 포함하는 전자기파 흡수층; 및
   상기 전자기파 흡수층의 금속 물질 또는 도체와 맞닿아 상기 탄소섬유가 부식되는 것을 방지하도록 상기 복합재층과 상기 전자기파 흡수층 사이에 구비되며, 적층 방향을 따라 소정의 두께를 갖고, 유리 직물로 이루어진 분리층;
   을 포함하는, 전자기파 흡수 기능을 갖는 복합재 패널.
   
2. 제 1항에 있어서,
   상기 복합재 패널은,
   상기 전자기파 흡수층의 내측에 구비되며, 적층 방향을 따라 소정의 두께를 갖고, 직물 재질로 이루어진 접착층;
   을 더 포함하는, 전자기파 흡수 기능을 갖는 복합재 패널.
   
3. 제 2항에 있어서,
   상기 접착층은,
   복합재 패널 내측에서 발생된 전자기파가 상기 전자기파 흡수층으로 전달되도록 전자 유리 직물로 이루어진 것을 특징으로 하는, 전자기파 흡수 기능을 갖는 복합재 패널.
   
4. 제 3항에 있어서,
   상기 접착층은,
   상기 복합재 패널과 다른 구조물의 본딩 접착이 가능하도록 내측면에 접착 성분이 코팅되는 것을 특징으로 하는, 전자기파 흡수 기능을 갖는 복합재 패널.
   
5. 제 1항에 있어서,
   상기 전자기파 흡수층은 시트 형태로 이루어지되, 복수의 중공부가 이격 배치된 격자형 몸체를 포함하고,
   상기 복수의 중공부는 서로 동일한 크기로 형성되되, 상기 중공부 각각은 최대 길이가 흡수 대상 전자기파의 주파수 파장의 1/2보다 짧게 형성된 것을 특징으로 하는, 전자기파 흡수 기능을 갖는 복합재 패널.
   
6. 삭제
7. 제 1항의 복합재 패널(100, 200)의 결합으로 이루어지며, 내부에 공간이 형성된 케이스(150);
   케이스(150) 내부에 구비되는 안테나 모듈(300); 및
   상기 안테나 모듈의 전자파의 송신 성능을 높이기 위해 상기 복합재 패널(100, 200)의 일부 영역에 대체 구비되고 투명 재질로 이루어진 윈도우(500)를 포함하되,
   상기 복합재 패널은,
   상기 케이스의 내부에 노출되도록 상기 전자기파 흡수층의 내측에 구비되며, 적층 방향을 따라 소정의 두께를 갖고, 직물 재질로 이루어진 접착층;
   을 더 포함하는, 전자기파 흡수 기능을 갖는 복합재 패널을 포함하는 구조체.