KR102574841B1 - 주파수에 따른 선택적 투과 및 흡수 구조체 - Google Patents

Abstract

본 발명은 항공기나 선박과 같은 이동 수단의 외피를 구성하는 구조체에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 항공기 운용에 필수적인 안테나를 감싸는 보호용 구조체인 레이돔에 안테나가 사용하는 주파수 대역의 전자기파는 투과시키고, 그 이외 주파수 대역의 전자기파에 대해서는 흡수하는 기능을 부여하여 항공기의 생존성을 향상시킨 주파수에 따른 선택적 투과 및 흡수 구조체에 관한 것이다.

Description

주파수에 따른 선택적 투과 및 흡수 구조체{Selective Transmission and Absorption Structures According to Frequencies}

본 발명은 항공기나 선박과 같은 이동 수단의 외피를 구성하는 구조체에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 항공기 운용에 필수적인 안테나를 감싸는 보호용 구조체인 레이돔에 안테나가 사용하는 주파수 대역의 전자기파는 투과시키고, 그 이외 주파수 대역의 전자기파에 대해서는 흡수하는 기능을 부여하여 항공기의 생존성을 향상시킨 주파수에 따른 선택적 투과 및 흡수 구조체에 관한 것이다.

차세대 항공기의 조건 중 하나는 스텔스(stealth) 기능이다. 스텔스 기능이란, 전파를 발생시켜 목표물에서 반사되는 반사파를 이용해 목표물을 감지하는 레이더의 입사전파를 흡수하여 반사파가 발생하지 않도록 함으로써 상대의 레이더망에 포착되는 확률을 낮추는 은폐 기술을 말한다. 즉 상대의 감시망을 피해 원하는 임무를 안전하고 정확하게 수행할 수 있는 기능이 차세대 항공기에 요구되고 있다.

항공기를 탐지하는 레이더의 반사면적(RCS, Radar Cross Section)을 줄이기 위해 일반적으로 알려져 있는 방법으로는 전파흡수물질(RAM, Radiation Absorbent Material) 도료를 항공기 외면에 도장하여 레이더의 전파를 흡수시키는 방법과, 전투기의 형상을 전파흡수구조체(RAS, Radiation Absorbent Structure)로 설계하는 방법을 통해 전파를 산란하거나 흡수시키는 방법을 사용하는 것이다.

한편, 레이돔(radome)은 레이더(radar)와 돔(dome)의 합성어로 항공기 분야에서는 항공기의 외부에 부착된 레이더 안테나의 방수, 방진을 위한 덮개를 말한다.

종래의 레이돔은 안테나가 사용하는 주파수 대역의 전자기파를 선택적으로 투과만 시킬 뿐, 그 이외 주파수 대역의 전자기파에 대해서는 반사를 시키는 특성을 가지고 있고, 이러한 특성은 특정 주파수 대역에서 적의 레이더와 같은 탐지수단에 의해 탐지될 확률이 높아지는 문제가 있다.

또한, 특정 주파수 대역의 전자기파를 흡수할 수 있는 상술된 전파흡수물질이나, 전파흡수구조체의 경우 금속 재질을 포함하기 때문에 안테나가 사용하는 주파수 대역의 전자기파의 투과 성능이 저하되어 안테나의 송수신 품질이 떨어지는 문제가 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서 본 발명의 목적은, 레이돔에 안테나가 사용하는 주파수 대역의 전자기파는 투과시키고 그 이외 주파수 대역의 전자기파에 대해서는 흡수하는 기능을 부여하도록 주기적 저항 패턴을 적용하되, 안테나 사용 주파수 대역의 투과 성능을 보장하기 위해 주기성 금속 패턴을 적용한 주파수에 따른 선택적 투과 및 흡수 구조체를 제공함에 있다.

또한, 레이돔에 전파의 위상차를 보상하기 위한 전자파 투과성 폼을 추가 적용한 주파수에 따른 선택적 투과 및 흡수 구조체를 제공함에 있다.

본 발명의 일실시 예에 따른 주파수에 따른 선택적 투과 및 흡수 구조체는, 외측에 배치되며 전자기파 투과성 재질로 이루어진 외부몸체; 상기 외부몸체에서 내측으로 일정거리 이격 배치되며, 전자기파 투과성 재질로 이루어진 내부몸체; 상기 외부몸체와 내부몸체 사이에 구비되며, 특정 주파수 대역의 전자기파와 임피던스 매칭을 통한 상기 특정 주파수 대역의 전자기파를 선택적으로 투과시키기 위해 저유전율을 갖는 재질로 이루어진 폼 코어층; 및 상기 특정 주파수 대역 이외의 주파수 대역을 갖는 전자기파를 흡수하도록 상기 폼 코어층 상에 구비되는 저항 패턴 층을 포함하며, 상기 저항 패턴 층은, 면 방향을 따라 형성된 복수 개의 단위저항이 면 방향을 따라 이격 배치되어 특정 패턴을 형성한다.

또한, 상기 폼 코어층은, 상기 외부몸체와 맞닿는 제1 폼 코어층과, 상기 내부몸체와 맞닿는 제2 폼 코어층으로 분리 형성되며, 상기 저항 패턴 층은, 상기 제1 폼 코어층과 상기 제2 폼 코어층 사이에 구비된다.

또한, 상기 구조체는, 상기 외부몸체와 제1 폼 코어층 사이 또는 상기 내부몸체와 제2 폼 코어층 사이에 구비되는 금속 패턴 층을 더 포함하고, 상기 금속 패턴 층은, 면 방향을 따라 형성된 복수 개의 단위금속이 면 방향을 따라 이격 배치되어 특정 패턴을 형성한다.

또한, 상기 구조체는, 상기 외부몸체와 제1 폼 코어층 사이에 구비되는 제1 금속 패턴 층; 및 상기 내부몸체와 제2 폼 코어층 사이에 구비되는 제2 금속 패턴 층을 더 포함하고, 상기 제1 및 제2 금속 패턴 층은, 면 방향을 따라 형성된 복수 개의 단위금속이 면 방향을 따라 이격 배치되어 특정 패턴을 형성한다.

또한, 상기 구조체는, 상기 제1 금속 패턴 층과 외부몸체 사이에 구비되는 제3 폼 코어층; 및 상기 제2 금속 패턴 층과 내부몸체 사이에 구비되는 제4 폼 코어층을 더 포함한다.

아울러, 상기 단위 저항과 이웃하는 단위 저항 사이의 제1 이격 거리는, 상기 단위 금속과 이웃하는 단위 금속 사이의 제2 이격 거리보다 좁게 형성된다.

상기와 같은 구성에 의한 본 발명의 주파수에 따른 선택적 투과 및 흡수 구조체는, 주기성 저항 패턴을 통해 안테나가 사용하는 주파수 대역 이외 주파수 대역의 전자기파를 흡수하기 때문에 적의 레이더에 탐지될 확률이 낮아져 항공기의 생존율을 높일 수 있는 효과가 있다.

특히, 주기성 금속 패턴을 이용해 안테나가 사용하는 주파수 대역의 전자기파 투과 성능을 보장하기 때문에 레이더에 탐지될 확률이 높은 안테나를 은닉할 수 있는 레이돔 구조물에 적용이 가능한 효과가 있다.

아울러 안테나에 수신될 필요가 없는 주파수 대역의 전자기파를 흡수하기 때문에 노이즈 제거 성능을 기대할 수 있어 안테나의 수신 품질을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 구조체의 단면개략도
도 2는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 구조체의 단면개략도
도 3은 본 발명의 제3 실시 예에 따른 구조체의 단면개략도
도 4는 본 발명의 제4 실시 예에 따른 구조체의 단면개략도
도 5는 본 발명의 제5 실시 예에 따른 구조체의 단면개략도

본 발명은 폼 코어층 또는 주기성 금속 패턴 층을 이용하여 특정 주파수는 투과시키고, 그 외 주파수에 대해서는 주기성 저항 패턴 층을 이용하여 흡수하는 기술에 관한 것으로 본 발명의 구조체는 외피와 내피를 구성하는 복합재 스킨과, 상기 복합재 스킨 사이에 구비되는 폼 코어와, 폼 코어에 삽입된 주기성 금속 패턴 층 및 주기성 저항 패턴 층을 포함하여 금속 패턴의 형상에 따라 특정 주파수는 투과하고 저항 패턴의 형상에 따라 나머지 주파수는 반사할 수 있는 특성을 갖는 것을 특징으로 한다.

이하, 상기와 같은 본 발명의 다양한 실시 예에 따른 주파수에 따른 선택적 투과 및 흡수 구조체(이하, '구조체')에 대하여 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

- 실시 예 1 (기본 형)

도 1에는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 구조체(10)의 측면 단면도가 도시되어 있다. 도시된 바와 같이 구조체(10)는, 항공기 패널의 외측 스킨으로 사용되는 외부몸체(11)와, 항공기 패널의 내측 스킨으로 사용되는 내부몸체(12)를 포함한다. 외부몸체(11)와 내부몸체(12)는 전자기적 투과가 가능한 재질로 이루어질 수 있고, 일예로 유리섬유 강화플라스틱 또는 석영섬유 강화플라스틱 등이 적용될 수 있다.

또한, 구조체(10)는 특정 주파수 대역의 전자기파와 임피던스 매칭을 통한 선택적 투과를 위해 외부몸체(11)와 내부몸체(12) 사이에 폼 코어층(13)이 구비될 수 있다. 폼 코어층(13)은 외부몸체(11)의 유전율 대비 낮은 유전율을 갖는 재질로 이루어질 수 있다. 즉 외부몸체(11)의 유전율이 통상적으로 3~4 이므로, 폼 코어층(13)의 유전율은 1~2 인 재질로 이루어질 수 있다. 일예로 폼 코어층(13)은 폴리메타크릴이미드( Polymethacrylimide) 폼 또는 허니콤 코어로 이루어질 수 있다. 폴리메타크릴이미드( Polymethacrylimide) 폼은 내충격성과 낮은 밀도를 갖는 고분자 발포체의 일종이며, 상대유전율은 약 1.2 이다.

이때, 본 발명의 구조체(10)는 상기 특정 주파수 대역 이외의 주파수 대역을 갖는 전자기파를 흡수하기 위한 저항 패턴 층(15)이 구비될 수 있다. 저항 패턴 층(15)은 폼 코어층(13) 상에 배치될 수 있고, 구체적으로 폼 코어층(13)은 외부몸체(11)와 맞닿는 제1 폼 코어층(13-1)과 내부몸체(12)와 맞닿는 제2 폼 코어층(13-2)으로 분리 형성될 수 있고, 저항 패턴 층(15)은 제1 폼 코어층(13-1)과 제2 폼 코어층(13-2) 사이에 구비될 수 있다. 저항 패턴 층(15)은 복수 개의 단위 저항(15a)이 특정 패턴을 형성하도록 일정거리 이격되어 배치될 수 있다. 저항 패턴 층(15)은 카본 잉크나 탄소나노튜브(CNT) 잉크를 활용하여 전기전도도를 수백에서 수천(s/m)으로 구현할 수 있는 저항 패턴과 이를 지지하는 폴리이미드(PI) 필름이나 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 필름 소재로 구성될 수 있다.

저항 패턴 층(15)은 단위 저항(15a) 들의 패턴 형상을 통해 흡수하고자 하는 전자기파의 주파수 대역을 조절할 수 있도록 구성된다.

상기와 같은 구성의 구조체(10)는, 폼 코어층(13)을 통해 특정 주파수 대역의 전자기파를 선택적으로 투과시켜 안테나의 송수신 성능을 보장할 수 있고, 저항 패턴 층(15)을 통해 그 외 주파수 대역의 전자기파를 선택적으로 흡수하여 레이더에 탐지될 확률을 줄이게 된다.

- 실시 예 2 (외측 금속 패턴 층 추가 형)

도 2에는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 구조체(20)의 측면 단면도가 도시되어 있다. 도시된 바와 같이 구조체(20)는, 외부몸체(21)와 외부몸체(21)의 내측으로 일정거리 이격 배치되는 내부몸체(22)와, 외부몸체(21)의 내측에 배치되는 제1 폼 코어층(23-1)과 내부몸체(22)의 외측에 배치되는 제2 폼 코어층(23-2)을 포함하고, 제1 폼 코어층(23-1)과 제2 폼 코어층(23-2) 사이에 배치되는 저항 패턴 층(25)을 포함하여 구성된다. 상술한 구성은 전술된 제1 실시 예의 구조체(10)의 구성과 동일하게 구성될 수 있다.

이때 본 발명의 구조체(20)는 특정 주파수 대역의 전자기파 투과 성능을 더욱 향상시키기 위해 금속 패턴 층(26)을 더 포함하여 구성될 수 있다. 금속 패턴 층(26)은 외부몸체(21)와 제1 폼 코어층(23-1) 사이에 구비될 수 있다. 금속 패턴 층(26)은 복수 개의 단위 금속(26a)이 특정 패턴을 형성하도록 일정거리 이격되어 배치될 수 있다. 금속 패턴 층(26)은 폴리이미드(PI) 필름이나 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 필름 위에 전기전도도가 우수한 재질 일예로 구리박막을 패턴으로 배치하여 구성될 수 있다. 금속 패턴 층(26)은 단위 금속(26a) 들의 패턴 형상을 통해 흡수하고자 하는 전자기파의 주파수 대역을 조절할 수 있도록 구성된다. 아울러, 단위 저항(25a)과 이웃하는 단위 저항 사이의 제1 이격 거리는, 단위 금속(26a)과 이웃하는 단위 금속 사이의 제2 이격 거리보다 좁게 형성될 수 있다.

상기와 같은 구성의 구조체(20)는, 폼 코어층(23) 및 금속 패턴 층(26)을 통해 특정 주파수 대역의 전자기파를 선택적으로 투과시켜 안테나의 송수신 성능을 보장할 수 있고, 저항 패턴 층(25)을 통해 그 외 주파수 대역의 전자기파를 선택적으로 흡수하여 레이더에 탐지될 확률을 줄이게 된다.

- 실시 예 3 (내측 금속 패턴 층 추가 형)

도 3에는 본 발명의 제3 실시 예에 따른 구조체(30)의 측면 단면도가 도시되어 있다. 도시된 바와 같이 구조체(30)는, 외부몸체(31)와 외부몸체(31)의 내측으로 일정거리 이격 배치되는 내부몸체(32)와, 외부몸체(31)의 내측에 배치되는 제1 폼 코어층(33-1)과 내부몸체(32)의 외측에 배치되는 제2 폼 코어층(33-2)을 포함하고, 제1 폼 코어층(33-1)과 제2 폼 코어층(33-2) 사이에 배치되는 저항 패턴 층(35)을 포함하여 구성된다. 상술한 구성은 전술된 제1 실시 예의 구조체(10)의 구성과 동일하게 구성될 수 있다.

이때 본 발명의 구조체(30)는 특정 주파수 대역의 전자기파 투과 성능을 더욱 향상시키기 위해 금속 패턴 층(36)을 더 포함하여 구성될 수 있다. 금속 패턴 층(36)은 내부몸체(32)와 제2 폼 코어층(33-2) 사이에 구비될 수 있다. 금속 패턴 층(36)은 전술한 제2 실시 예의 구조체(20)의 금속 패턴 층(26)과 동일한 재질 및 형상으로 이루어 질 수 있다.

- 실시 예 4 (양측 금속 패턴 층 추가 형)

도 4에는 본 발명의 제4 실시 예에 따른 구조체(40)의 측면 단면도가 도시되어 있다. 도시된 바와 같이 구조체(40)는, 외부몸체(41)와 외부몸체(41)의 내측으로 일정거리 이격 배치되는 내부몸체(42)와, 외부몸체(41)의 내측에 배치되는 제1 폼 코어층(43-1)과 내부몸체(42)의 외측에 배치되는 제2 폼 코어층(43-2)을 포함하고, 제1 폼 코어층(43-1)과 제2 폼 코어층(43-2) 사이에 배치되는 저항 패턴 층(45)을 포함하여 구성된다. 상술한 구성은 전술된 제1 실시 예의 구조체(10)의 구성과 동일하게 구성될 수 있다.

이때 본 발명의 구조체(40)는 특정 주파수 대역의 전자기파 투과 성능을 더욱 향상시키기 위해 한 쌍의 금속 패턴 층(46)을 더 포함하여 구성될 수 있다.

제1 금속 패턴 층(46-1)은 외부몸체(41)와 제1 폼 코어층(43-1) 사이에 구비될 수 있다. 또한 제2 금속 패턴 층(46-2)은 내부몸체(42)와 제2 폼 코어층(43-2) 사이에 구비될 수 있다. 금속 패턴 층(46)은 전술한 제2 실시 예의 구조체(20)의 금속 패턴 층(26)과 동일한 재질 및 형상으로 이루어 질 수 있다.

금속 패턴 층(46)을 하나만 구비하지 않고, 외부스킨 내측과 내부스킨 외측에 각각 한 쌍을 구비함으로써 고차(High-Oder) 필터의 구현이 가능함에 따라 주파수 선택투과 특성이 더욱 강화될 수 있고, 제1 금속 패턴 층(46-1)을 통해 외부로부터 유입되는 주파수 대역의 선정이 가능하고, 저항 패턴 층(45)을 통해 투과되어 입사되는 주파수 중 사용하지 않는 주파수 영역에 대한 흡수를 제2 금속 패턴 층(46-2)과의 상호작용을 통해 발현할 수 있다. 즉 제2 금속 패턴 층(46-2)은 실제 사용하는 주파수 대역을 주로 투과시키도록 구성될 수 있다.

- 실시 예 5 (외부 코어층 추가 형)

도 5에는 본 발명의 제5 실시 예에 따른 구조체(50)의 측면 단면도가 도시되어 있다. 도시된 바와 같이 구조체(50)는, 외부몸체(51)와 외부몸체(51)의 내측으로 일정거리 이격 배치되는 내부몸체(52)와, 외부몸체(51)의 내측에 배치되는 제1 폼 코어층(53-1)과 내부몸체(52)의 외측에 배치되는 제2 폼 코어층(53-2)을 포함하고, 제1 폼 코어층(53-1)과 제2 폼 코어층(53-2) 사이에 배치되는 저항 패턴 층(55)을 포함하여 구성된다. 또한, 구조체(50)는, 제1 폼 코어층(53-1)과 외부몸체(51) 사이에 구비되는 제1 금속 패턴 층(56-1)과, 제2 폼 코어층(53-2)과 내부몸체(52) 사이에 구비되는 제2 금속 패턴 층(56-2)을 더 포함한다. 상술한 구성은 전술된 제4 실시 예의 구조체(40)의 구성과 동일하게 구성될 수 있다.

이때 본 발명의 구조체(40)는 제1 금속 패턴 층(56-1)과 외부몸체(51) 사이에 구비되는 제3 폼 코어층(53-3)과, 제2 금속 패턴 층(56-2)과 내부몸체(52) 사이에 구비되는 제4 폼 코어층(53-4)을 더 포함하여 구성될 수 있다.

상기와 같은 제3 폼 코어층(53-3) 및 제4 폼 코어층(53-4)이 구비됨에 따라 고차(High-order) 필터 구성 시, 제3 폼 코어층(53-3) 및 제4 폼 코어층(53-4)에 의해 조절 가능한 파라미터가 추가됨에 따라 주파수 감쇠(roll-off) 특성의 개선이 가능한 장점이 있다.

한편 상술된 제1 내지 제4 실시 예와 같이 제3 폼 코어층(53-3) 및 제4 폼 코어층(53-4)이 구비되지 않는 경우 구조체의 두께를 최소화함에 따라 레이돔과 안테나 사이의 거리가 협소한 항공기에 적용이 유리한 장점이 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.

10, 20, 30, 40, 50 : 구조체
11~51 : 외부몸체
12~52 : 내부몸체
13~53 : 폼 코어층
15~55 : 저항 패턴 층
16~56 : 금속 패턴 층

Claims (6)

1. 외측에 배치되며 전자기파 투과성 재질로 이루어진 외부몸체;
   상기 외부몸체에서 내측으로 일정거리 이격 배치되며, 전자기파 투과성 재질로 이루어진 내부몸체;
   상기 외부몸체와 내부몸체 사이에 구비되며, 특정 주파수 대역의 전자기파와 임피던스 매칭을 통한 상기 특정 주파수 대역의 전자기파를 선택적으로 투과시키기 위해 저유전율을 갖는 재질로 이루어진 폼 코어층; 및
   상기 특정 주파수 대역 이외의 주파수 대역을 갖는 전자기파를 흡수하도록 상기 폼 코어층 상에 구비되는 저항 패턴 층을 포함하며,
   상기 저항 패턴 층은,
   면 방향을 따라 형성된 복수 개의 단위저항이 면 방향을 따라 이격 배치되어 특정 패턴을 형성하는, 주파수에 따른 선택적 투과 및 흡수 구조체.
   
2. 제 1항에 있어서,
   상기 폼 코어층은,
   상기 외부몸체와 맞닿는 제1 폼 코어층과, 상기 내부몸체와 맞닿는 제2 폼 코어층으로 분리 형성되며,
   상기 저항 패턴 층은,
   상기 제1 폼 코어층과 상기 제2 폼 코어층 사이에 구비되는, 주파수에 따른 선택적 투과 및 흡수 구조체.
   
3. 제 2항에 있어서,
   상기 구조체는,
   상기 외부몸체와 제1 폼 코어층 사이 또는 상기 내부몸체와 제2 폼 코어층 사이에 구비되는 금속 패턴 층을 더 포함하고,
   상기 금속 패턴 층은,
   면 방향을 따라 형성된 복수 개의 단위금속이 면 방향을 따라 이격 배치되어 특정 패턴을 형성하는, 주파수에 따른 선택적 투과 및 흡수 구조체.
   
4. 제 2항에 있어서,
   상기 구조체는,
   상기 외부몸체와 제1 폼 코어층 사이에 구비되는 제1 금속 패턴 층; 및
   상기 내부몸체와 제2 폼 코어층 사이에 구비되는 제2 금속 패턴 층을 더 포함하고,
   상기 제1 및 제2 금속 패턴 층은,
   면 방향을 따라 형성된 복수 개의 단위금속이 면 방향을 따라 이격 배치되어 특정 패턴을 형성하는, 주파수에 따른 선택적 투과 및 흡수 구조체.
   
5. 제 4항에 있어서,
   상기 구조체는,
   상기 제1 금속 패턴 층과 외부몸체 사이에 구비되는 제3 폼 코어층; 및
   상기 제2 금속 패턴 층과 내부몸체 사이에 구비되는 제4 폼 코어층을 더 포함하는, 주파수에 따른 선택적 투과 및 흡수 구조체.
   
6. 제 4항에 있어서,
   상기 단위저항과 이웃하는 단위저항 사이의 제1 이격 거리는, 상기 단위금속과 이웃하는 단위금속 사이의 제2 이격 거리보다 좁게 형성되는, 주파수에 따른 선택적 투과 및 흡수 구조체.