KR102599456B1 - 저주파 광대역 흡수체 - Google Patents

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재단법인 파동에너지 극한제어 연구단
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Abstract

본 발명의 일실시예는 얇은 두께로 구현될 수 있고, 광대역의 저주파 흡수가 가능한 저주파 광대역 흡수체를 제공한다. 여기서, 저주파 광대역 흡수체는 반사층, 제1유전체층, 제1흡수층, 제2유전체층 그리고 제2흡수층을 포함한다. 제1유전체층은 반사층의 일면에 구비된다. 제1흡수층은 제1유전체층의 일면에 구비되고, 전자기파의 제1주파수 대역을 공진시켜 손실시킨다. 제2유전체층은 제1흡수층의 일면에 구비된다. 그리고, 제2흡수층은 제2유전체층의 일면에 구비되며, 전자기파에서 제2주파수 대역을 공진시켜 손실시킨다. 여기서, 제1유전체층의 제1두께는 제2유전체층의 제2두께보다 작고, 제1주파수 대역은 제2주파수 대역보다 크다.

Description

저주파 광대역 흡수체{LOW FREQUENCY BROADBAND ABSORBER}
본 발명은 저주파 광대역 흡수체에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 얇은 두께로 구현될 수 있고, 광대역의 저주파 흡수가 가능한 저주파 광대역 흡수체에 관한 것이다.
전자통신 산업에 사용되고 있는 각종 전기전자 기기 및 구성 부품들의 사용 주파수 대역은 광대역화와 동시에 다양한 주파수 영역까지 확장되고 있으며, 많은 부품들이 좁은 공간에 밀집되는 추세이다. 이로 인해 기기들 사이에 유발되는 전자파 간섭으로 기기의 오작동과 같은 기능 이상이 발생하는 경우가 생기고 있다.
특히 이동통신 분야에서는 휴대의 간편성 및 장시간 사용을 위해 관련기기들이 경량, 박형, 소형화, 저전력화, 디지털화되고 있기 때문에 외부로부터 유입되는 전자파 간섭 영향에 매우 취약하다.
기존 방식의 전파흡수체는 흡수 기구에 따라 구분될 수 있으며, 이 중, 공진형(Resonant) 전파흡수체 설계에 있어서 지금까지 사용된 가장 보편적인 방식은 1/4 파장(λ/4) 두께의 Salisbury 스크린이다. 그러나, 이러한 기술은 유전체 두께가 λ/4를 만족해야 하므로, 두께를 줄이는데 한계가 있다. 특히, 파장이 긴 저주파를 흡수하기 위한 저주파 흡수체의 경우에는 두께를 줄이기가 더욱 힘든 문제점이 있다.
대한민국 등록특허공보 제1532359호(2015.06.29. 공고)
상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 얇은 두께로 구현될 수 있고, 광대역의 저주파 흡수가 가능한 저주파 광대역 흡수체를 제공하는 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 일실시예는 반사층; 상기 반사층의 일면에 구비되는 제1유전체층; 상기 제1유전체층의 일면에 구비되고, 전자기파의 제1주파수 대역을 공진시켜 손실시키는 제1흡수층; 상기 제1흡수층의 일면에 구비되는 제2유전체층; 그리고 상기 제2유전체층의 일면에 구비되며, 전자기파에서 제2주파수 대역을 공진시켜 손실시키는 제2흡수층을 포함하며, 상기 제1유전체층의 제1두께는 상기 제2유전체층의 제2두께보다 작고, 상기 제1주파수 대역은 상기 제2주파수 대역보다 큰 것을 특징으로 하는 저주파 광대역 흡수체를 제공한다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 제1두께 및 상기 제2두께의 비율은 1 : 4일 수 있다.
한편, 상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 일실시예는 반사층; 상기 반사층의 일면에 구비되는 제1유전체층; 상기 제1유전체층의 일면에 구비되고, 전자기파의 제1주파수 대역을 공진시켜 손실시키는 제1흡수층; 상기 제1흡수층의 일면에 구비되는 제2유전체층; 그리고 상기 제2유전체층의 일면에 구비되며, 전자기파에서 제2주파수 대역을 공진시켜 손실시키는 제2흡수층을 포함하며, 상기 제1흡수층은 제1패턴을 가지고, 상기 제2흡수층은 상기 제1패턴과 동일한 형상의 제2패턴을 가지되, 상기 제1패턴은 상기 제2패턴보다 작게 형성되며, 상기 제1주파수 대역은 상기 제2주파수 대역보다 큰 것을 특징으로 하는 저주파 광대역 흡수체를 제공한다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 제1패턴은 프랙탈(Fractal) 구조일 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 제1패턴은 일 지점으로부터 반경 방향으로 갈라져 연장 형성되는 한 쌍의 제1분기 패턴과, 상기 제1분기 패턴의 일단부를 중심으로 반경 방향으로 갈라져 연장 형성되는 한 쌍의 제2분기 패턴과, 상기 제2분기 패턴의 일단부를 중심으로 반경 방향으로 갈라져 연장 형성되는 한 쌍의 제3분기 패턴을 가지고, 상기 제1분기 패턴, 상기 제2분기 패턴 및 상기 제3분기 패턴은 상기 일 지점을 기준으로 일정한 각도 간격으로 반복 형성될 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 제1패턴은 제1다각형과, 상기 제1다각형과 동일한 형상이되 상기 제1다각형보다 작게 형성되고, 상기 제1다각형의 둘레에 배치되는 제2다각형과, 상기 제1다각형과 동일한 형상이되 상기 제2다각형보다 작게 형성되고, 상기 제2다각형의 둘레에 배치되는 제3다각형을 가질 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 제1패턴의 테두리 형상은 상기 제1다각형과 동일한 형상일 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 제1패턴은 코흐 곡선(Koch Curve) 형태의 패턴일 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 제1패턴은 힐버트 곡선(Hilbert Curve) 형태의 패턴일 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 제1패턴 및 상기 제2패턴은 음각 패턴일 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 제1패턴 및 상기 제2패턴의 크기 비율은 1 : 1.5일 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 제1흡수층의 테두리는 상기 제1유전체층의 테두리와 이격되어, 상기 제1유전체층의 테두리에는 상기 제1흡수층이 마련되지 않은 제1테두리 갭이 형성되고, 상기 제2흡수층의 테두리는 상기 제2유전체층의 테두리와 이격되어, 상기 제2유전체층의 테두리에는 상기 제2흡수층이 마련되지 않은 제2테두리 갭이 형성될 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 제1흡수층의 제1면저항 및 상기 제2흡수층의 제2면저항은 동일할 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 제1주파수 대역 및 상기 제2주파수 대역이 포함하는 범위는 1 내지 12 GHz의 저주파 대역일 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 제1흡수층은 전자기파의 제1주파수 대역을 공진시켜 손실시킴과 동시에 위상을 변화시키고, 제2흡수층은 전자기파에서 제1주파수 대역보다 작은 제2주파수 대역을 공진시켜 손실시킴과 동시에 위상을 변화시킴으로써, 저주파 광대역 흡수체가 1 GHz 파장 기준으로 1/20 파장(λ/20)의 두께로 형성될 수 있으며, 이를 통해 초박형화가 가능하다.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 저주파 광대역 흡수체는 수평 및 수직 편파의 전자기파에 대해 1 내지 12 GHz의 저주파 광대역에서 80% 이상의 높은 흡수율을 구현할 수 있다.
본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 저주파 광대역 흡수체를 나타낸 단면예시도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 저주파 광대역 흡수체의 작동을 설명하기 위한 에시도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 저주파 광대역 흡수체의 제1패턴 및 제2패턴을 나타낸 예시도이다.
도 4는 도 3의 제1패턴 및 제2패턴을 가지는 저주파 광대역 흡수체에 수직 편파의 전자기파가 경사 입사할 경우 고각 변화에 따른 반사도 성능을 나타낸 그래프이다.
도 5는 도 3의 제1패턴 및 제2패턴을 가지는 저주파 광대역 흡수체에 수평 편파의 전자기파가 경사 입사할 경우 고각 변화에 따른 반사도 성능을 나타낸 그래프이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 저주파 광대역 흡수체의 제1패턴 및 제2패턴의 다른 예를 나타낸 예시도이다.
도 7은 도 6의 제1패턴 및 제2패턴을 가지는 저주파 광대역 흡수체에 수직 편파의 전자기파가 경사 입사할 경우 고각 변화에 따른 반사도 성능을 나타낸 그래프이다.
도 8은 도 6의 제1패턴 및 제2패턴을 가지는 저주파 광대역 흡수체에 수평 편파의 전자기파가 경사 입사할 경우 고각 변화에 따른 반사도 성능을 나타낸 그래프이다.
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 저주파 광대역 흡수체의 제1패턴의 또 다른 예를 나타낸 예시도이다.
도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 저주파 광대역 흡수체의 제1패턴의 또 다른 예를 나타낸 예시도이다.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시예로 한정되는 것은 아니다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결(접속, 접촉, 결합)"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 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 구비할 수 있다는 것을 의미한다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 저주파 광대역 흡수체를 나타낸 단면예시도이고, 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 저주파 광대역 흡수체의 작동을 설명하기 위한 에시도이고, 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 저주파 광대역 흡수체의 제1패턴 및 제2패턴을 나타낸 예시도이다.
도 1 내지 도 3에서 보는 바와 같이, 저주파 광대역 흡수체는 반사층(100), 제1유전체층(200), 제1흡수층(300), 제2유전체층(400) 그리고 제2흡수층(500)을 포함할 수 있다.
여기서, 제1유전체층(200)은 반사층(100)의 일면에 구비되고, 제1두께(D1)로 형성될 수 있다.
그리고, 제1흡수층(300)은 제1유전체층(200)의 일면에 구비되고, 전자기파(10)의 제1주파수 대역(11)을 공진시켜 손실시킬 수 있다.
또한, 제2유전체층(400)은 제1흡수층(300)의 일면에 구비되고, 제2두께(D2)로 형성될 수 있다.
그리고, 제2흡수층(500)은 제2유전체층(400)의 일면에 구비되며, 전자기파(10)에서 제2주파수 대역(12)을 공진시켜 손실시킬 수 있다.
제1주파수 대역(11)은 제2주파수 대역(12)보다 클 수 있으며, 제1주파수 대역(11) 및 제2주파수 대역(12)이 포함하는 범위는 1 내지 12 GHz의 저주파 대역일 수 있다. 즉, 1 내지 12 GHz의 광대역 저주파는 본 발명에 따른 저주파 광대역 흡수체에 의해 효과적으로 흡수될 수 있다.
상세히, 제1유전체층(200) 및 제2유전체층(400)은 유전체 기판일 수 있으며, 필름 형태로 형성될 수도 있다. 제1유전체층(200) 및 제2유전체층(400)은 특정한 소재로 한정되는 것은 아니며, 예를 들면, 폴리머 소재, 유리 소재 등으로 형성될 수 있다. 그리고, 폴리머 소재로는 예를 들면, 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)가 사용될 수 있다. 제1유전체층(200) 및 제2유전체층(400)은 투명하게 형성될 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
제1유전체층(200)은 반사층(100)의 일면에 구비될 수 있다. 반사층(100)은 전도성 소재로 형성될 수 있다. 반사층(100)은 제1유전체층(200)을 투과하는 전자기파를 반사할 수 있다. 반사층(100)은 금속 소재로 형성될 수 있다.
제1흡수층(300)은 제1유전체층(200)의 일면에 구비될 수 있고, 제2흡수층(500)은 제2유전체층(400)의 일면에 구비될 수 있다.
제1흡수층(300) 및 제2흡수층(500)은 전도성을 가질 수 있다. 제1흡수층(300)은 예를 들면, 전도성 잉크가 제1유전체층(200)의 일면에 인쇄되어 형성될 수 있고, 제2흡수층(500)도 예를 들면, 전도성 잉크가 제2유전체층(400)의 일면에 인쇄되어 형성될 수 있다.
제1흡수층(300)은 제1패턴(310)을 가질 수 있다. 제1패턴(310)은 제1흡수층(300)이 인쇄될 때 인쇄되지 않은 영역으로 이루어지는, 즉, 음각 인쇄된 형태의 음각 패턴일 수 있다.
그리고, 제2흡수층(500)은 제2패턴(510)을 가질 수 있으며, 제2패턴(510)도 제2흡수층(500)이 인쇄될 때 인쇄되지 않은 영역으로 이루어지는, 즉, 음각 인쇄된 형태의 음각 패턴일 수 있다.
이처럼, 제1패턴(310) 및 제2패턴(510)이 음각 패턴의 형태이기 때문에, 동일한 면저항이 분포된 면적이 커서 입사각에 따른 성능변화에 강건할 수 있다.
그리고, 제1패턴(310) 및 제2패턴(510)은 서로 닮은 형태일 수 있다. 다시 말하면, 제1패턴(310) 및 제2패턴(510)은 형상을 동일하되, 크기가 다르게 형성될 수 있다. 또한, 제1패턴(310) 및 제2패턴(510)은 그 중심이 서로 같을 수 있다. 따라서, 제1패턴(310) 또는 제2패턴(510)이 각각의 중심을 기준으로 크기가 적절하게 증감된다면, 제1패턴(310) 및 제2패턴(510)은 동일해질 수 있다.
저주파 광대역 흡수체에서 제2흡수층(500)은 입사면이 될 수 있으며, 전자기파(10)는 제2흡수층(500)으로 입사될 수 있다.
제1흡수층(300)은 전자기파(10)의 제1주파수 대역(11)을 공진시켜 손실시킬 수 있다. 그리고, 제2흡수층(500)은 전자기파(10)의 제2주파수 대역(12)을 공진시켜 손실시킬 수 있다. 여기서, 제1주파수 대역(11)은 제2주파수 대역(12)보다 클 수 있다.
그리고, 제1주파수 대역(11) 및 제2주파수 대역(12)이 포함하는 범위는 1 내지 12 GHz의 저주파 대역일 수 있다.
제1흡수층(300)이 상대적으로 높은 주파수 대역인 제1주파수 대역(11)을 공진시켜 손실시키고, 제2흡수층(500)이 상대적으로 낮은 주파수 대역인 제2주파수 대역(12)을 공진시켜 손실시킬 수 있도록, 제1유전체층(200)의 제1두께는 제2유전체층(400)의 제2두께(D2)보다 작게 형성될 수 있다.
본 실시예에서, 제1유전체층(200)의 제1두께(D1) 및 제2유전체층(400)의 제2두께(D2)의 비율은 1 : 4일 수 있다. 그리고 일 예로, 제1유전체층(200)의 제1두께(D1)는 3 mm 이고, 제2유전체층(400)의 제2두께(D2)는 12 mm 일 수 있다.
또는, 제1흡수층(300)이 상대적으로 높은 주파수 대역인 제1주파수 대역(11)을 공진시켜 손실시키고, 제2흡수층(500)이 상대적으로 낮은 주파수 대역인 제2주파수 대역(12)을 공진시켜 손실시킬 수 있도록, 제1흡수층(300)의 제1패턴(310)은 제2흡수층(500)의 제2패턴(510)보다 작게 형성될 수 있다.
도 3에 도시된 제1패턴(310) 및 제2패턴(510)은 각각 단위 셀 형태를 나타낸 것이다.
도 3을 참조하면, 제1패턴(310)은 제1분기 패턴(311), 제2분기 패턴(312) 및 제3분기 패턴(313)을 가질 수 있다.
제1분기 패턴(311)은 일 지점(P)으로부터 반경 방향으로 갈라져 연장될 수 있으며, 한 쌍으로 형성될 수 있다. 한 쌍의 제1분기 패턴(311)은 제1각도(A1)로 분기될 수 있다. 여기서, 일 지점(P)은 단위 셀의 중앙일 수 있다.
제2분기 패턴(312)은 제1분기 패턴(311)의 일단부를 중심으로 반경 방향으로 갈라져 연장 형성될 수 있으며, 한 쌍으로 형성될 수 있다. 그리고, 한 쌍의 제2분기 패턴(312)은 제2각도(A2)로 분기될 수 있다.
또한, 제3분기 패턴(313)은 제2분기 패턴(312)의 일단부를 중심으로 반경 방향으로 갈라져 연장 형성될 수 있으며, 한 쌍으로 형성될 수 있다. 그리고, 한 쌍의 제3분기 패턴(313)은 제3각도(A3)로 분기될 수 있다.
즉, 제1분기 패턴(311), 제2분기 패턴(312) 및 제3분기 패턴(313)은, 각각 한 쌍으로 형성되고, 제1각도(A1), 제2각도(A2) 및 제3각도(A3)로 분기되는 형태를 가질 수 있다.
이런 관점에서 보았을 때, 제1패턴(310)은 작은 구조가 전체 구조와 비슷한 형태로 끝없이 되풀이 되는 구조인 프랙탈(Fractal) 패턴일 수 있다.
그리고, 제1분기 패턴(311), 제2분기 패턴(312) 및 제3분기 패턴(313)은 일 지점(P)을 기준으로 원주 방향을 따라 일정한 각도 간격으로 반복 형성될 수 있다. 여기서, 일정한 각도 간격은 제1각도(A1) 간격일 수 있다.
즉, 제1패턴(310)은, 전체적으로 보았을 때, 제1분기 패턴(311)은 일 지점(P)을 중심으로 방사상으로 연장 형성되고, 제2분기 패턴(312)은 각 제1분기 패턴(311)의 일단부에서 분기 형성되며, 제3분기 패턴(313)이 각 제2분기 패턴(312)의 일단부에서 분기 형성되는 형상으로 형성될 수 있다.
제1각도(A1), 제2각도(A2) 및 제3각도(A3)는 모두 동일하거나, 또는 다를 수 있다.
제2패턴(510)은 제1패턴(310)과 동일하되, 크기가 더 큰 형태로 형성될 수 있다. 본 실시예에서, 제1패턴(310) 및 제2패턴(510)의 크기 비율은 1 : 1.5 일 수 있다.
또한, 제1흡수층(300)의 제1면저항을 가지고, 제2흡수층(500)의 제2면저항을 가질 수 있으며, 이때 제1면저항 및 제2면저항은 동일할 수 있다.
그리고, 도 3의 (a)에서 보는 바와 같이, 제1패턴(310)을 가지는 단위 셀 형태의 제1흡수층(300)은 그 테두리가 제1유전체층(200)의 테두리와 이격되도록 형성될 수 있다. 이를 통해, 제1유전체층(200)의 테두리에는 제1흡수층(300)이 마련되지 않는 제1테두리 갭(210)이 형성될 수 있다.
또한, 도 3의 (b)에서 보는 바와 같이, 제2패턴(510)을 가지는 단위 셀 형태의 제2흡수층(500)은 그 테두리가 제2유전체층(400)의 테두리와 이격되도록 형성될 수 있다. 이를 통해, 제2유전체층(400)의 테두리에는 제2흡수층(500)이 마련되지 않는 제2테두리 갭(410)이 형성될 수 있다.
제1테두리 갭(210)은 제1폭(W1)으로 형성될 수 있고, 제2테두리 갭(410)은 제2폭(W2)으로 형성될 수 있으며, 제1폭(W1) 및 제2폭(W2)은 동일할 수 있다. 그리고, 제1패턴(310) 및 제2패턴(510)의 단위 셀의 크기는 각각 100 × 100 ㎟ 일 수 있다.
저주파 광대역 흡수체가 대면적으로 구현되는 경우, 제1흡수층(300)에는 이러한 단위 셀 형태의 제1패턴(310)이 복수 개가 배치될 수 있고, 제2흡수층(500)에도 이러한 단위 셀 형태의 제2패턴(510)이 복수 개가 배치될 수 있다.
단위 셀 형태의 제1패턴(310)이 복수 개가 배치되는 경우, 각각의 단위 셀은 그 사이에 제1테두리 갭(210)이 위치되도록 배치될 수 있다. 따라서, 각각의 단위 셀의 사이에는 제1폭(W1)의 2배에 해당하는 갭이 형성될 수 있다. 이는 제2패턴(510)이 복수 개가 배치되는 경우에도 동일하게 적용될 수 있다.
한편, 제1흡수층(300)이 상대적으로 높은 주파수 대역인 제1주파수 대역(11)을 공진시켜 손실시키고, 제2흡수층(500)이 상대적으로 낮은 주파수 대역인 제2주파수 대역(12)을 공진시켜 손실시킬 수 있도록, 제1유전체층(200)의 제1두께는 제2유전체층(400)의 제2두께(D2)보다 작게 형성되고, 이와 함께 제1흡수층(300)의 제1패턴(310)은 제2흡수층(500)의 제2패턴(510)보다 작게 형성될 수도 있다.
다시 도 2를 참조하면, 이렇게 형성되는 광대역 저주파 흡수체에 전자기파(10)가 입사되면, 제2주파수 대역(12)의 저주파의 일부는 제2흡수층(500)에 형성되는 제2패턴(510)에 의해 공진되어 손실될 수 있다.
그리고 이와 같이 공진되면서, 제2흡수층(500)에 형성되는 제2패턴(510)에 의해 제2주파수 대역(12)의 저주파의 위상이 변화될 수 있다. 그리고, 제2흡수층(500)에 의해 위상이 변화된 제2주파수 대역(12)의 저주파는 제2유전체층(400)을 투과한 후 제1흡수층(300)에서 반사되며, 제1흡수층(300)에서 반사되는 전자기파는 제2흡수층(500)에서 위상이 변화된 전자기파와 상쇄 간섭으로 손실될 수 있다.
또한, 이렇게 형성되는 광대역 저주파 흡수체에 전자기파(10)가 입사되면, 제1주파수 대역(11)의 저주파의 일부는 제2흡수층(500) 및 제2유전체층(400)을 투과하여 제1흡수층(300)에 도달하게 된 후, 제1흡수층(300)에 형성되는 제1패턴(310)에 의해 공진되어 손실될 수 있다.
그리고 이와 같이 공진되면서, 제1흡수층(300)에 형성되는 제1패턴(310)에 의해 제1주파수 대역(11)의 저주파의 위상이 변화될 수 있다. 그리고, 제1흡수층(300)에 의해 위상이 변화된 제1주파수 대역(11)의 저주파는 제1유전체층(200)을 투과한 후 반사층(100)에서 반사되며, 반사층(100)에서 반사되는 전자기파는 제1흡수층(300)에서 위상이 변화된 전자기파와 상쇄 간섭으로 손실될 수 있다.
만일, 제2흡수층(500)에서 목표 주파수 대역인 제2주파수 대역(12)의 저주파의 위상 변화가 없다면, 제2유전체층(400)은 제2주파수 대역(12)의 전자기파가 상쇄간섭 되도록 하기 위해 실제 유효한 길이인 제2주파수 대역(12)의 1/4 파장(λ/4) 두께로 형성되어야 할 것이다.
마찬가지로, 제1흡수층(300)에서 목표 주파수 대역인 제1주파수 대역(11)의 저주파의 위상 변화가 없다면, 제1유전체층(200)은 제1주파수 대역(11)의 전자기파가 상쇄간섭 되도록 하기 위해 실제 유효한 길이인 제1주파수 대역(11)의 1/4 파장 두께로 형성되어야 할 것이다.
그러나, 본 발명에서와 같이, 제2흡수층(500)의 제2패턴(510)에 의해 목표 주파수 대역인 제2주파수 대역(12)에서의 위상 변화가 발생하게 되면, 제2유전체층(400)의 두께를 제2주파수 대역(12)의 1/4 파장 두께보다 더 얇게 하면서도 180도 위상차가 발생하도록 할 수 있다.
마찬가지로, 제1흡수층(300)의 제1패턴(310)에 의해 목표 주파수 대역인 제1주파수 대역(11)에서의 위상 변화가 발생하게 되면, 제1유전체층(200)의 두께를 제1주파수 대역(11)의 1/4 파장 두께보다 더 얇게 하면서도 180도 위상차가 발생하도록 할 수 있다.
따라서, 본 발명에서는 제2유전체층(400) 및 제1유전체층(200)이 각각 목표 주파수 대역의 상쇄간섭을 위한 실제 유효 길이인 1/4파장의 두께보다 더 얇은 두께로 형성될 수 있다. 본 발명에 따르면, 저주파 광대역 흡수체는 1 GHz 파장 기준으로 1/20 파장(λ/20)의 두께로 형성될 수 있으며, 이를 통해 초박형화가 가능하다.
한편, 도 1에서 보는 바와 같이, 저주파 광대역 흡수체는 보호층(600)을 더 포함할 수 있다. 보호층(600)은 제2흡수층(500)의 일면에 마련되어 제2흡수층(500)을 보호할 수 있다.
도 4는 도 3의 제1패턴 및 제2패턴을 가지는 저주파 광대역 흡수체에 수직 편파의 전자기파가 경사 입사할 경우 고각 변화에 따른 반사도 성능을 나타낸 그래프이다.
도 4의 (b)는, 자기장(H) 및 전기장(E)이 도 4의 (a)에서와 같은 방향성을 갖는 전자기장이 진행(k)하면서 제2흡수층(500)과 입사 각도(θ)를 이루면서 입사되는 경우의 TE(Transverse Electric) 편파 즉, 수직 편파인 경우의 흡수도를 나타낸 것이다. 여기서, 입사 각도(θ)는 0도, 15도, 30도 및 45도 였다.
도 4의 (b)에서 보는 바와 같이, 저주파 광대역 흡수체는 1 내지 12 GHz의 대역폭에서, 입사각 Theta(θ) = 0 ~ 30도 까지에서는 반사도가 -10 dB 이하로, 90% 이상의 흡수성능을 보여주고 있으며, 45도의 경우에는 반사도가 -7.5 dB 이하로, 80 % 이상의 흡수율을 가짐을 알 수 있다.
도 5는 도 3의 제1패턴 및 제2패턴을 가지는 저주파 광대역 흡수체에 수평 편파의 전자기파가 경사 입사할 경우 고각 변화에 따른 반사도 성능을 나타낸 그래프이다.
도 5의 (b)는 자기장(H) 및 전기장(E)이 도 5의 (a)에서와 같은 방향성을 갖는 전자기장이 진행(k)하면서 제2흡수층(500)과 입사 각도(θ)를 이루면서 입사되는 경우의 TM(Transverse Magnetic) 편파 즉, 수평 편파인 경우 흡수도를 나타낸 것이다. 여기서, 입사 각도(θ)는 0도, 15도, 30도 및 45도 였다.
도 5의 (b)에서 보는 바와 같이, 저주파 광대역 흡수체는 1 내지 12 GHz의 대역폭에서, 입사각 Theta(θ) = 0 ~ 45도 까지에서 모두 반사도가 -10 dB 이하로, 90% 이상의 흡수성능을 보여주고 있다.
이처럼, 본 발명에 따른 저주파 광대역 흡수체는 수평 및 수직 편파의 전자기파에 대해 저주파 광대역에서 높은 흡수율을 가질 수 있다. 본 발명에 따른 저주파 광대역 흡수체는 180 % 이상의 비대역폭(Fractional bandwidth)을 가질 수 있다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 저주파 광대역 흡수체의 제1패턴 및 제2패턴의 다른 예를 나타낸 예시도이다. 본 실시예에서는 제1패턴 및 제2패턴이 도 3에서 설명한 제1패턴 및 제2패턴과 다른 형태로 형성될 수 있다는 점에서 차이가 있으며, 제1패턴 및 제2패턴의 크기 관계와 관련된 내용은 동일할 수 있다.
도 6에서 보는 바와 같이, 제1패턴(310a) 및 제2패턴(510a)은 힐버트 곡선(Hilbert Curve) 형태의 패턴일 수 있다.
도 7은 도 6의 제1패턴 및 제2패턴을 가지는 저주파 광대역 흡수체에 수직 편파의 전자기파가 경사 입사할 경우 고각 변화에 따른 반사도 성능을 나타낸 그래프이다.
도 7의 (b)는, 전기장(E) 및 자기장(H)이 도 7의 (a)에서와 같은 방향성을 갖는 전자기장이 진행(k)하면서 제2흡수층(500)과 입사 각도(θ)를 이루면서 입사되는 경우의 TE 편파 즉, 수직 편파인 경우의 흡수도를 나타낸 것이다. 여기서, 입사 각도(θ)는 0도, 15도, 30도 및 45도 였다.
도 7의 (b)에서 보는 바와 같이, 저주파 광대역 흡수체는 1 내지 12 GHz의 대역폭에서, 입사각 Theta(θ) = 0 ~ 30도 까지에서는 반사도가 -10 dB 이하로, 90% 이상의 흡수성능을 보여주고 있으며, 45도의 경우에는 반사도가 -7.5 dB 이하로, 80 % 이상의 흡수율을 가짐을 알 수 있다.
도 8은 도 6의 제1패턴 및 제2패턴을 가지는 저주파 광대역 흡수체에 수평 편파의 전자기파가 경사 입사할 경우 고각 변화에 따른 반사도 성능을 나타낸 그래프이다.
도 8의 (b)는 전기장(E) 및 자기장(H)이 도 8의 (a)에서와 같은 방향성을 갖는 전자기장이 진행(k)하면서 제2흡수층(500)과 입사 각도(θ)를 이루면서 입사되는 경우의 TM 편파 즉, 수평 편파인 경우 흡수도를 나타낸 것이다. 여기서, 입사 각도(θ)는 0도, 15도, 30도 및 45도 였다.
도 8의 (b)에서 보는 바와 같이, 저주파 광대역 흡수체는 1 내지 12 GHz의 대역폭에서, 입사각 Theta(θ) = 0 ~ 45도까지에서 모두 반사도가 -10 dB 이하로, 90% 이상의 흡수성능을 보여주고 있다.
이처럼, 제1패턴(310a) 및 제2패턴(510a)이 힐버트 곡선(Hilbert Curve) 형태의 패턴으로 형성되어도, 본 발명에 따른 저주파 광대역 흡수체는 수평 및 수직 편파의 전자기파에 대해 저주파 광대역에서 높은 흡수율을 가질 수 있다.
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 저주파 광대역 흡수체의 제1패턴의 또 다른 예를 나타낸 예시도이다. 전술한 바와 같이, 제2패턴은 제1패턴과 닮은 형태이므로, 도 9에서는 편의상 제1패턴만 도시하였다. 본 실시예에서는 제1패턴 및 제2패턴이 도 3에서 설명한 제1패턴 및 제2패턴과 다른 형태로 형성될 수 있다는 점에서 차이가 있으며, 제1패턴 및 제2패턴의 상대적 크기 관계와 관련된 내용은 동일할 수 있다.
도 9에서 보는 바와 같이, 제1패턴은 제1다각형과, 제1다각형과 동일한 형상이되 제1다각형보다 작게 형성되고 제1다각형의 둘레에 배치되는 제2다각형과, 제1다각형과 동일한 형상이되 제2다각형보다 작게 형성되고, 제2다각형의 둘레에 배치되는 제3다각형을 가질 수 있다. 그리고, 제1패턴의 테두리 형상은 제1다각형과 동일한 형상일 수 있다.
구체적으로, 도 9의 (a)에서 보는 바와 같이, 제1패턴(310b)은 동일한 형상의 다각형, 즉, 삼각형으로 이루어질 수 있다.
제1다각형(315)은 가장 클 수 있으며, 제2다각형(315a)은 제1다각형(315)과 동일한 형상이되 제1다각형(315)보다 작게 형성되고, 제1다각형(315)의 둘레에 배치될 수 있다.
그리고, 제3다각형(315b)은 제1다각형(315)과 동일한 형상이되 제2다각형(315a)보다 작게 형성되고, 제2다각형(315a)의 둘레에 배치될 수 있다.
나아가, 제1패턴(310b)은 제4다각형(315c)을 더 가질 수 있으며, 제4다각형(315c)은 제1다각형(315)과 동일한 형상이되 제3다각형(315b)보다 작게 형성되고, 제3다각형(315b)의 둘레에 배치될 수 있다.
이러한 방법으로, 제1패턴(310b)은, 제1다각형(315)과 동일한 형상이되 제4다각형(315c)보다 작게 형성되고, 제4다각형(315c)의 둘레에 배치되는 제5다각형을 더 가질 수도 있다.
그리고, 도 9의 (a)에서와 같은 제1패턴(310b)은, 그 테두리 형상이 제1다각형(315)과 동일한 형상, 즉, 삼각형 형상일 수 있으며, 제1다각형(315), 제2다각형(315a), 제3다각형(315b), 제4다각형(315c) 등은 제1패턴(310b)의 테두리 형상이 삼각형이 되도록 배치될 수 있다. 이와 같이, 제1패턴(310b)은 작은 삼각형이 전체 구조와 비슷한 형태로 끝없이 되풀이 되는 구조인 프랙탈 구조를 이룰 수 있다.
또는, 도 9의 (b)에서 보는 바와 같이, 제1패턴(310c)은 동일한 형상의 다각형,즉, 사각형으로 이루어질 수도 있다.
여기서, 제1다각형(316)은 가장 클 수 있으며, 제2다각형(316a)은 제1다각형(316)과 동일한 형상이되 제1다각형(316)보다 작게 형성되고, 제1다각형(316)의 둘레에 배치될 수 있다.
그리고, 제3다각형(316b)은 제1다각형(316)과 동일한 형상이되 제2다각형(316a)보다 작게 형성되고, 제2다각형(316a)의 둘레에 배치될 수 있다.
나아가, 제1패턴(310c)은 제4다각형을 더 가질 수 있으며, 제4다각형은 제1다각형(316)과 동일한 형상이되 제3다각형(316b)보다 작게 형성되고, 제3다각형(316b)의 둘레에 배치될 수 있다.
제1패턴(310c)은, 그 테두리 형상이 제1다각형(316)과 동일한 형상, 즉, 사각형 형상일 수 있으며, 제1다각형(316), 제2다각형(316a), 제3다각형(316b) 등은 제1패턴(310ㅊ)의 테두리 형상이 사각형이 되도록 배치될 수 있다. 이와 같이, 제1패턴(310c)도 작은 사각형이 전체 구조와 비슷한 형태로 끝없이 되풀이 되는 구조인 프랙탈 구조를 이룰 수 있다.
도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 저주파 광대역 흡수체의 제1패턴의 또 다른 예를 나타낸 예시도이다. 전술한 바와 같이, 제2패턴은 제1패턴과 닮은 형태이므로, 도 10에서도 편의상 제1패턴만 도시하였다. 본 실시예에서의 제1패턴 및 제2패턴은 앞에서 설명한 다른 제1패턴 및 제2패턴과 상이한 형태로 형성될 수 있다는 점에서 차이가 있으나, 제1패턴 및 제2패턴의 상대 크기 관계와 관련된 내용은 동일할 수 있다.
도 10에서 보는 바와 같이, 제1패턴은 프랙탈 도형인 코흐 곡선(Koch Curve) 형태로 이루어질 수 있다.
도 10의 (a) 내지 (f)는, (a)에서 (f)로 갈수록 고흐 곡선의 분화가 각각 1단계씩 더 진행된 형태를 나타낸 것이다.
도 9 및 도 10에 도시된 프랙탈 구조의 패턴은 적용하고자 하는 기저 형상에 맞춰 선정될 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. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 발명의 범위는 후술하는 청구범위에 의하여 나타내어지며, 청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
10: 전자기파 11: 제1주파수 대역
12: 제2주파수 대역 100: 반사층
200: 제1유전체층 300: 제1흡수층
310,310a,310b,310c: 제1패턴 311: 제1분기 패턴
312: 제2분기 패턴 313: 제3분기 패턴
400: 제2유전체층 500: 제2흡수층
510,510a: 제2패턴 600: 보호층

Claims (14)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 반사층;
    상기 반사층의 일면에 구비되는 제1유전체층;
    상기 제1유전체층의 일면에 구비되고, 전자기파의 제1주파수 대역을 공진시켜 손실시키는 제1흡수층;
    상기 제1흡수층의 일면에 구비되는 제2유전체층; 그리고
    상기 제2유전체층의 일면에 구비되며, 전자기파에서 상기 제1주파수 대역보다 작은 제2주파수 대역을 공진시켜 손실시키는 제2흡수층을 포함하며,
    상기 제1흡수층은 제1패턴을 가지고,
    상기 제2흡수층은 상기 제1패턴과 동일한 형상을 가지되, 상기 제1패턴보다 크게 형성되는 제2패턴을 가지며,
    상기 제1흡수층의 제1면저항 및 상기 제2흡수층의 제2면저항은 동일하고,
    상기 제1흡수층 및 상기 제2흡수층에서 동일한 면저항이 분포된 면적이 커지도록, 상기 제1패턴은 상기 제1유전체층의 일면에 전도성 잉크가 인쇄되지 않은 영역으로 이루어지는 음각 패턴으로 형성되고, 상기 제2패턴은 상기 제2유전체층의 일면에 전도성 잉크가 인쇄되지 않은 영역으로 이루어지는 음각 패턴으로 형성되며,
    상기 제1패턴은
    일 지점으로부터 반경 방향으로 갈라져 연장 형성되는 한 쌍의 제1분기 패턴과, 상기 제1분기 패턴의 일단부를 중심으로 반경 방향으로 갈라져 연장 형성되는 한 쌍의 제2분기 패턴과, 상기 제2분기 패턴의 일단부를 중심으로 반경 방향으로 갈라져 연장 형성되는 한 쌍의 제3분기 패턴을 가지고,
    상기 제1분기 패턴, 상기 제2분기 패턴 및 상기 제3분기 패턴은 상기 제1패턴의 중심이 되는 상기 일 지점을 기준으로 동일한 각도 간격으로 반복 형성되며,
    상기 제1패턴 및 상기 제2패턴은 중심이 서로 같은 것을 특징으로 하는 저주파 광대역 흡수체.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제1패턴은 프랙탈(Fractal) 구조인 것을 특징으로 하는 저주파 광대역 흡수체.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 제1유전체층의 제1두께 및 상기 제2유전체층의 제2두께의 비율은 1 : 4인 것을 특징으로 하는 저주파 광대역 흡수체.
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 제3항에 있어서,
    상기 제1패턴 및 상기 제2패턴의 크기 비율은 1 : 1.5 인 것을 특징으로 하는 저주파 광대역 흡수체.
  12. 제3항에 있어서,
    상기 제1흡수층의 테두리는 상기 제1유전체층의 테두리와 이격되어, 상기 제1유전체층의 테두리에는 상기 제1흡수층이 마련되지 않은 제1테두리 갭이 형성되고,
    상기 제2흡수층의 테두리는 상기 제2유전체층의 테두리와 이격되어, 상기 제2유전체층의 테두리에는 상기 제2흡수층이 마련되지 않은 제2테두리 갭이 형성되는 것을 특징으로 하는 저주파 광대역 흡수체.
  13. 삭제
  14. 제3항에 있어서,
    상기 제1주파수 대역 및 상기 제2주파수 대역이 포함하는 범위는 1 내지 12 GHz의 저주파 대역인 것을 특징으로 하는 저주파 광대역 흡수체.
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