KR20000064579A - 전자파 흡수 패널 - Google Patents

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비크람 조시
겐이치 기무라
카를로스 에이. 파즈 드 아라우조
히로시 기요카와
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심메트릭스 코포레이션
타무라 히로아키
가부시키가이샤 후지타
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Abstract

층을 이룬 초격자 물질, 가닛, 자기저항성 물질, LSM과 같은 도전성 산화물, 마그네토플럼비트, 시그닛 마그네틱스, Fe2O4, Ni0.4Zn0.6Fe2O4, 및 상기물질의 폴리머 조성물과 같은 신규의 물질을 이용하는 흡수재 층(106)을 포함하는 빌딜 건축에 사용을 위한 전자파 흡수 패널(100)이 개시되었다. 흡수재층은 바람직하게 상기 물질중의 하나 이상과 배합된 페라이트층(114)과 같은 다성분 구조체이다. 본 발명은 일정 주파수 범위에 대해 (ε'μ')1/2~ 1/f 가 되는 유전율의 유효 실수부(ε')와 투자율의 유효 실수부(μ')를 갖는 다성분 흡수재 엘리먼트(106)를 포함하며, 여기서 f는 입사파의 주파수이고, 다성분 흡수재 엘리먼트(106)는 주파수에 따라 감소하는 유전율의 유효 실수부(ε')를 가진다.

Description

전자파 흡수 패널
수년동안 텔리비젼 수신시 고스트와 라디오 수신시 전파방해 및 노이즈와 같은 문제를 일으키는 빌딩 및 기타 구조체물로 부터의 전자파 반사가 인식되어 왔다. 이것은 미국, 유럽 및 일본의 대도시와 같은 높은 인구밀도의 하이 테크놀로지 사회에서 특히 중요한 문제이다. 일본에서, 예를들어 대도시에서 방송 텔리비젼 전자 충격 보고서가 대형빌딩이 건축되기 이전에 필요로 되며, 건축 되어야 할 빌딩이 라디오, 텔리비젼 및 마이크로파의 주파수 범위 즉 80 내지 2400 메가헤르쯔 사이의 전자파 반사를 방지하기 위한 건축 코드를 필요로 할 수 있다. 다수 빌딩을 통한 전자파의 전송은 어떤 상황에선 보안문제를 생성하여 왔다. 이러한 이유로, 전자 방사선을 흡수할 빌딩 재료를 발견하기 위한 광범위한 연구가 수행되어 왔다. 예를들어, 히로노부 이토 및 일본 방송 위원회등에 의한 Investigation on Oblique Incident Characteristics of Ferrite Absorbing Panels For TV Ghost Suppression(1994)을 참조하라. 빌딩 건축에의 사용을 위한 파 흡수 패널은 콘크리트 또는 기타 기본 빌딩 재료로 된 지지층, 일반적으로 금속 메시 또는 기타 도전 물질인 반사층, 전형적으로 페라이트인 흡수층, 환경영향으로부터 흡수층을 보호하기 위한, 실케이트 빌딩 타일과 같은 외부 층을 포함한다. 흡수층으로서 사용되어 온 기타 물질은 수지에 탄소섬유와 같은 도전물질을 포함한다.
거의 모든 물질은 방사선을 흡수하는 특정 주파수를 갖기 때문에, 좁은 주파수 범위로 전자파를 흡수할 재료를 발견하는 것이 비교적 가능하다. 예를들어, 페라이트는 전형적으로 대략 200 메가헤르쯔 내지 400 메가헤르쯔 사이의 흡수 피크를 갖는다. 수천 메가헤르쯔의 넓은 주파수 범위, 또는 수백 메가헤르쯔 주파수 범위로 흡수할 재료를 발견하는 것이 더욱 곤란하다. 따라서, 페라이트 배합물, 수지내의 도전섬유를 포함하는 다층으로 된 구조체, 및 기타 유사한 구조체가 파 흡수재로서 시도되어 왔다.
전자파 흡수재를 제공하기 위한 1/4-파 플레이트의 사용이 공지되어 있다. 이러한 흡수재에서, 파장의 1/4인 두께를 갖는 물질이 금속층과 같은 100% 반사기 전면에 위치된다. 이러한 흡수원리는 지금까지 빌딩을 위한 흡수패널을 제조하는 데 적용되어 왔는 데 이는 텔리비젼 주파수 범위의 파는 수 미터이기 때문이다. 따라서, 수 미터 길이인 이러한 흡수재는 빌딩에 사용하기엔 지나치게 두껍다.
파 흡수 패널을 위한 가장 성공적인 물질인 페라이트는, 효과적이기 위해선 최대 수 센티미터이어야 하며, 비교적 무겁고 부드러우므로 환경영향으로부터 그것들을 보호하기 위해 타일과 같은 빌딩재료로 된 추가 층을 필요로 한다. 따라서, 종래기술에서 공지된 파 흡수 패널은 부피가 크고 무거우며, 구조체를 고비용이 들게 하며 전체빌딩에 채용하기엔 곤란하며, 커다란 대도시 구역에 흔히 존재하는 모든 전자파를 포함하는 데 필요한 넓은 주파수 범위에 대해 흡수할 수 없다. 더욱이, 종래의 페라이트가 흡수하는 주파수는 200-400 메가헤르쯔 범위인 반면에, VHF 텔리비젼 주파수 범위는 약 100 내지 250 메가헤르쯔이고 UHF 텔리비젼 주파수 범위는 약 450 내지 800 메가헤르쯔 범위이다. 그러므로, 비교적 가볍고 얇으며 동시에 약 800 메가헤르쯔 까지의 넓은 주파수 범위에 대해 흡수하는 파 흡수 패널을 갖는 것이 매우 바람직하다.
종래 기술의 파 흡수 패널은 단지 텔리비젼 전자파의 주파수 범위에서만 유용하며, 이 파는 반사에 기인한 문제가 가장 광범위한 파이다. 그러나, 파의 반사에 의한 문제점은 반사로 인해 데이터를 잃을 수 있는 무선 LAN 시스템 및 신호의 명확성이 중요한 문제가 될 수 있는 공항 무선 제어 시스템과 같은 기타 특정 영역에서 심각한 결과를 나타낼 수 있다. 이들 특정 영역의 주파수 범위를 강력하게 흡수하는 흡수패널을 갖는 것이 매우 바람직하다.
실제로, 좁은 주파수의 전자파원으로의 근접으로 인해, 다수의 건축 사이트는 좁은 주파수 범위의 전자기적 환경에만 네거티브 충격을 주는 것이 알려졌다. 이 범위는 건축되어야 할 빌딩의 위치를 알기에 앞서 예견될 수 있다. 그러므로, 특정 주파수로 용이하게 튜닝될 수 있는 흡수재 패널의 제조 프로세스와 흡수재 패널을 갖는 것이 매우 유용하다.
본 발명은 전자파를 흡수할 목적으로 빌딩 건축에 이용되는 패널에 관한 것으로 상세히는, 라디오 전송, 텔리비젼 전송 및 마이크로파의 주파수 범위 더욱 상세히는 조성물 및 다층 패널과 같은 둘 이상의 개별물질로 이루어 진 패널에 관한 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 일반화된 파 흡수 패널의 부분 절결도.
도 2는 도 1의 라인 2-2를 따라 취했을 때의 본 발명에 따른 파 흡수 패널의 단면도.
도 3은 도 1의 패널의 파 흡수 층의 바람직한 실시예의 단면도.
도 4는 도 1의 패널의 파 흡수 층의 다른 바람직한 실시예의 단면도.
도 5는 본 발명에 따라 3개의 상이한 고 유전상수/페라이트 파 흡수 타일에 대한 반사손실 대 주파수 곡선을 나타낸 도.
도 6은 6개의 상이한 니켈-아연 페라이트 고용체에 대한 반사손실 대 주파수 곡선을 나타낸 도.
도 7은 페라이트 Ni0.4Zn0.6Fe2O4에 대한 주파수 함수로서 유전율의 실수부 및 허수부를 도시하는 도.
도 8은 페라이트 Ni0.4Zn0.6Fe2O4에 대한 주파수 함수로서 투자율의 실수부 및 허수부를 도시하는 도.
도 9 내지 도 15는 도 1의 패널의 파 흡수 층의 대안 바람직한 실시예의 단면도.
도 16은 니켈-아연 고용체 페라이트 층 및 망간 페라이트 층으로 제조된 다층으로 된 파 흡수재의 5개의 상이한 두께의 배합물에 대한 반사손실 대 주파수 곡선을 나타낸 도.
도 17은 BaTiO3+ BaFeO3로 된 1 mm의 50/50 고용체, 5mm의 Ni0.4Zn0.6Fe2O4및 5mm의 테프론TM.을 포함하는 흡수 패널에 대한 반사손실 대 주파수의 컴퓨터 시뮬레이션을 나타낸 도.
도 18은 5mm의 Ni0.4Zn0.6Fe2O4, 4mm의 폴리카보네이트 및 1mm의 70/30 BST를 갖는 페라이트/폴리머/고 유전상수 흡수층을 포함하는 흡수패널에 대한 반사손실 대 주파수의 컴퓨터 시뮬레이션을 나타낸 도.
도 19는 13mm의 50% 폴리카보네이트 및 50%(BaTiO3+ 4BiFeO3)를 포함하는 폴리머-세라믹 흡수층을 포함하는 흡수패널에 대한 반사손실 대 주파수의 컴퓨터 시뮬레이션을 나타낸 도.
도 20은 어떠한 반사층도 갖지 않으며 유전체(182)로서 BST 및 페라이트로서 Ni0.4Zn0.6Fe2O4를 포함하는 페라이트/고 유전상수 파 흡수재에 대한 반사손실 대 주파수에 대한 컴퓨터 시뮬레이팅된 그래프.
도 21 내지 도 24는 파 흡수 층에 대한 다른 바람직한 실시예의 단면도.
도 25는 페라이트/폴리머/LSM/고 유전 상수 흡수재의 다양한 두께에 대한 반사손실 대 주파수에 대한 컴퓨터 시뮬레이팅된 그래프.
도 26은 멀티-층 페라이트/폴리머 흡수재의 다양한 두께에 대한 반사손실 대 주파수에 대한 컴퓨터 시뮬레이팅된 그래프.
도 27은 다양한 두께의 페라이트/폴리머 배합물에 대해 50 페라이트/폴리머 층을 갖는 흡수재에 대해 반사손실 대 주파수에 대한 컴퓨터 시뮬레이팅된 그래프.
도 28은 본 발명에 따른 폴리머-세라믹 조성물 제조 프로세스의 흐름도.
도 29는 본 발명에 따른 세라믹 물질 제조 프로세스의 흐름도.
도 30은 도 1의 패널의 파 흡수 층의 다른 바람직한 실시예의 단면도.
본 발명은 특정 건축 사이트에 의해 정의된 전자적 환경문제에 좌우되어, 특정범위에서 높은 흡수율을 가지거나, 넓은 주파수 범위를 다룰 수 있도록 튜닝될 수 있는 다성분 흡수재를 제공하므로써 상기 문제점을 해결한다. 튜닝은 다층 스택에서 특정물질을 선택하므로써, 조성물에서 특정물질을 선택하므로써, 다층 스택에서 층 두께 또는 조성물의 두께를 변경하므로써, 조성물에서 각각의 성분의 양을 변경하므로써, 그리고 상기 배합물로 행해질 수 있다.
본 발명은 넓은 범위 문제의 해결, 또는 특정문제 해결을 위한 튜닝에 알맞은 특정 배합물을 제공한다. 예를들어, 본 발명은 적절한 텔리비젼 주파수 범위에 대해 매우 효과적인 흡수재이며 특정물질을 선택하므로써 그리고 각각의 성분층을 변경시키므로써 튜닝될 수 있는 페라이트를 고 유전물질의 배합물을 제공한다. 다른 예로서, 강유전층, 페라이트 층, 폴리머 및 반사금속의 배합물은 전체 텔리비젼 주파수 범위에 대해 뛰어난 흡수율을 제공한다. 추가 예로서, 제 1 페라이트 층 및 제 2 페라이트 층의 배합물은 반사손실이 발생하는 주파수 범위가 변경됨에 따라 반사손실의 크기가 거의 변경되지 않는 특정 주파수로 튜닝될 수 있다.
본 발명은 빌딩 건축에 사용을 위한 전자파 흡수 패널을 제공하며, 이 전자파 흡수 패널은 빌딩 지지 엘리먼트와 이 엘리먼트에 의해 지지되는 흡수재 엘리먼트를 포함하며, 상기 흡수재 엘리먼트는 제 1 층, 제 2 층 및 제 3 층을 포함하며, 상기 제 1 층은 상기 제 2 층 보다 상기 패널상에서 전자파 입사 지점에 더욱 근접해 있으며, 상기 제 3 층은 상기 제 2 층 보다 전자파 입사 지점으로부터 더욱 먼 곳에 위치하며, 상기 제 1 층은 고 유전상수 물질을 포함하며, 상기 제 2 층은 페라이트를 포함하며, 상기 제 3 층은 저 유전상수 물질을 포함한다. 바람직하게, 저 유전상수 물질은 폴리머를 포함하며 고 유전상수 물질은 강유전 물질을 포함한다.
다른 태양에서, 본 발명은 빌딩 건축에 사용하기 위한 전자파 흡수 패널을 제공하며, 이 전자파 흡수 패널은 빌딩 지지 엘리먼트와 이 엘리먼트에 의해 지지되는 흡수재 엘리먼트를 포함하며, 상기 흡수재 엘리먼트는 제 1 층 및 제 2 층을 포함하며, 상기 제 1 층은 상기 제 2 층 보다 상기 패널상에서 전자파 입사 지점에 더욱 근접해 있으며, 상기 제 1 층은 페라이트를 포함하며, 상기 제 2 층은 고 유전상수 물질을 포함한다. 바람직하게, 상기 페라이트는 BST를 포함하는 고 유전상수 물질과 니켈-아연을 포함한다. 바람직하게, 상기 흡수재 엘리먼트는 상기 제 1 층과 제 2 층 사이에 위치되고 폴리머를 포함하는 제 3 층과, 상기 제 3 층과 제 2 층 사이에 위치되고 LSM을 포함하는 제 4 층을 더 포함한다. 바람직하게, 상기 흡수재 엘리먼트는 상기 제 1 층 보다 전자파 입사 지점으로부터 더욱 멀리 떨어져 위치되며, 저 유전상수 물질을 포함하는 제 3 층을 더 포함한다. 바람직하게, 상기 제 3 층은 제 1 층과 제 2 층 사이에 위치되고, 상기 전자파 흡수 패널은 상기 흡수재 엘리먼트 보다 전자파 입사 지점으로부터 더욱 멀리 떨어져 위치된 도전성 반사 엘리먼트를 더 포함한다. 바람직하게, 상기 흡수재 엘리먼트는 유전물질을 포함하는 제 4 층을 더 포함한다.
본 발명의 다른 태양은 빌딩 건축에 사용을 위한 전자파 흡수 패널을 제공하며, 이 패널은 빌딩지지 엘리먼트, 및 이 엘리먼트에 의해 지지되는 흡수재 엘리먼트를 포함하며, 상기 흡수재 엘리먼트는 제 1 층 및 제 2 층을 포함하며, 상기 제 2 층은 상기 제 1 층 보다 상기 패널상에서 전자파 입사 지점으로부터 더욱 멀리 위치되며, 상기 제 1 층은 강유전 물질을 포함하며, 상기 제 2 층은 페라이트를 포함한다.
본 발명의 또다른 태양에서 빌딩 건축에 사용을 위한 전자파 흡수 패널을 제공하며, 상기 전자파 흡수 패널은 빌딩지지 엘리먼트, 및 이 엘리먼트에 의해 지지되는 흡수재 엘리먼트를 포함하며, 상기 흡수재 엘리먼트는 제 1 층 및 제 2 층을 포함하며, 상기 제 2 층은 상기 제 1 층 보다 상기 패널상에서 전자파 입사 지점으로부터 더욱 멀리 위치되며, 상기 제 1 층은 페라이트를 포함하며, 상기 제 2 층은 강유전 물질을 포함한다.
본 발명의 또다른 태양에서 빌딩 건축에 사용을 위한 전자파 흡수 패널을 제공하며, 상기 전자파 흡수 패널은 빌딩지지 엘리먼트, 및 이 엘리먼트에 의해 지지되는 흡수재 엘리먼트를 포함하며, 상기 흡수재 엘리먼트는 폴리머를 포함하는 제 1 층과 상기 폴리머 보다 고 유전상수를 갖는 물질을 포함하는 제 2 층을 포함한다. 바람직하게 상기 제 2 층은 상기 제 1 층 보다 상기 패널상에서 전자파 입사 지점으로부터 더욱 멀리 위치된다. 대안으로, 상기 제 1 층은 상기 제 2 층 보다 상기 패널상에서 전자파 입사 지점으로부터 더욱 멀리 위치된다. 바람직하게 상기 제 2 층은 페라이트를 포함하며 n개의 흡수재 엘리먼트가 있으며, 각각의 흡수재 엘리먼트는 하나의 제 1 층 및 하나의 제 2 층을 포함하며, 여기서 n 은 2 와 100 사이의 정수이다.
본 발명의 또다른 태양에서 빌딩 건축에 사용을 위한 전자파 흡수 패널을 제공하며, 상기 전자파 흡수 패널은 빌딩 지지 엘리먼트, 이 엘리먼트에 의해 지지되는 반사 엘리먼트 및 흡수재 엘리먼트를 포함하며, 상기 흡수재 엘리먼트는 상기 반사 엘리먼트 보다 상기 패널상에서 전자파 입사 지점에 더욱 근접하여 위치되고 페라이트를 포함하는 제 1 층과 저 유전상수 물질을 포함하는 제 2 층을포함하며, 상기 제 2 층은 상기 제 1 층 보다 상기 패널상에서 전자파 입사 지점으로부터 더욱 멀리 위치된다. 바람직하게 n개의 흡수재 엘리먼트가 있으며, 각각의 흡수재 엘리먼트는 하나의 제 1 층 및 하나의 제 2 층을 포함하며, 여기서 n 은 2 와 100 사이의 정수이다.
본 발명은 또한 빌딩 건축에 사용을 위한 전자파 흡수 패널을 제공하며, 상기 전자파 흡수 패널은 빌딩 지지 엘리먼트, 이 엘리먼트에 의해 지지되는 반사 엘리먼트 및 흡수재 엘리먼트를 포함하며, 상기 흡수재 엘리먼트는 고 유전상수 물질을 포함하는 제 1 층, 투자율(permeability)의 허수부가 투자율의 실수부 보다 크거가 같은 물질을 포함하는 제 2 층, 및 저 유전상수 물질을 포함하는 제 3 층을 포함하며, 상기 제 3 층은 상기 제 1 층 보다 상기 패널상에서 전자파 입사 지점으로부터 더욱 멀리 위치되며, 상기 제 2 층은 상기 제 1 층과 상기 제 3 층 사이에 위치된다. 바람직하게, 상기 제 2 층은 페라이트를 포함하며 상기 패널은 상기 흡수재 엘리먼트 보다 전자파 입사 지점으로부터 더욱 멀리 위치된다. 바람직하게, 상기 제 3 층은 폴리머를 포함하며, 상기 제 1 층은 ABO3유형 페로브스카이트 및 층을 이룬 초격자(superlattice) 물질로 이루어 진 군으로부터 선택된 물질을 포함한다.
또한, 본 발명은 빌딩 건축에 사용을 위한 전자파 흡수 패널을 제공하며, 상기 전자파 흡수 패널은 일정 주파수 범위에 대해 유효 파 흡수가 가능하며, 주파수 범위에 대해 (ε'effμ'eff)1/2~ 1/f이도록 투자율의 유효 실수부(μ'eff)와 유전율의 유효 실수부(ε'eff)를 갖는 다성분(multi-component) 흡수재 엘리먼트를 포함하며, 여기서 f는 입사파의 주파수이다.
본 발명의 또다른 태양에서, 빌딩 건축에 사용을 위한 전자파 흡수 패널을 제공하며, 상기 전자파 흡수 패널은 일정 주파수에 대해 유효 파 흡수가 가능하며 주파수에 따라 감소하는 유전율의 유효 실수부(ε'eff)를 갖는 다성분 흡수재 엘리먼트를 포함한다.
본 발명은 파 흡수 패널에 사용을 위해 전혀 고려된 적이 없는 시그닛 마그네틱스, 가닛, 마그네토플럼비트, 도전성 산화물, 강유전체, 고 유전상수 물질과 같은 물질을 포함한다. 이들 물질은 파 흡수 패널로 이전에 사용된 페라이트 배합물에 사용될 수 있으며, 본 발명은 파 흡수 패널로 사용하는 데 특히 효과적인 새로운 니켈-아연 페라이트, 즉 Ni0.4Zn0.6Fe2O4를 제공한다.
본 발명은 빌딩 건축에 사용을 위한 전자파 흡수 패널을 제공하며, 상기 전자파 흡수 패널은 빌딩 지지 엘리먼트, 이 엘리먼트에 의해 지지되는 흡수재 엘리먼트를 포함하며, 상기 흡수재 엘리먼트는 고 유전상수 물질을 포함한다. 바람직하게, 상기 흡수재 엘리먼트는 페라이트 및 폴리머를 더 포함한다. 바람직하게, 고 유전상수 물질은 ABO3유형 페로브스카이트, 층을 이룬 초격자 물질, 도전성 산화물, 및 시그닛 마그네틱스로 이루어 진 군으로부터 선택되는 물질을 포함한다. 바람직하게, 고 유전상수 물질은 BST, LSM, 및 Z x BaTiO3+(100% - Z) x BiFeO3여기서 100% > Z > 0% 로 이루어진 군으로부터 선택된 물질을 포함한다.
또다른 태양에서, 본 발명은 빌딩 건축에 사용을 위한 전자파 흡수 패널을 제공하며, 상기 전자파 흡수 패널은 빌딩 지지 엘리먼트, 이 엘리먼트에 의해 지지되는 흡수재 엘리먼트를 포함하며, 상기 흡수재 엘리먼트는 강유전 물질을 포함한다. 바람직하게, 상기 흡수재 엘리먼트는 페라이트 및 폴리머를 더 포함한다. 바람직하게, 강유전 물질은 ABO3유형 페로브스카이트, 층을 이룬 초격자 물질로 이루어 진 군으로부터 선택된다. 바람직하게, 강유전 물질은 바륨 티타네이트, 스트론튬 비스무쓰 탄탈레이트, 스트론튬 비스무쓰 니오베이트, 스트론튬 비스무쓰 티타네이트, 스트론튬 비스무쓰 지르코네이트, 및 이것의 고용체로 이루어 지는 군으로부터 선택된다.
또다른 태양에서, 본 발명은 빌딩 건축에 사용을 위한 전자파 흡수 패널을 제공하며, 이 흡수패널은 빌딩 지지 엘리먼트, 이 엘리먼트에 의해 지지되는 흡수재 엘리먼트를 포함하며, 이 흡수재 엘리먼트는 고 유전상수 물질, 강유전체, 가닛, 마그네토플럼비트 및 시그닛 마그네틱스로 이루어 진 군으로부터 선택된 제 2 물질과 폴리머의 조성물을 포함한다. 바람직하게, 상기 제 2 물질은 니켈-아연 페라이트, BST, LSM, 이트륨 아이언 가닛, 스트론튬 비스무쓰 탄탈레이트, 스트론튬 비스무쓰 니오베이트, 스트론튬 비스무쓰 티타네이트, 스트론튬 비스무쓰 지르코네이트, 및 그것의 고용체로 이루어 진 군으로부터 선택된 물질을 포함한다.
또다른 태양에서, 본 발명은 빌딩 건축에 사용을 위한 전자파 흡수 패널을 제공하며, 이 흡수패널은 빌딩 지지 엘리먼트, 이 엘리먼트에 의해 지지되는 흡수재 엘리먼트를 포함하며, 이 흡수재 엘리먼트는 석류석을 포함한다. 바람직하게, 가닛은 이트륨 아이언 가닛이다.
또다른 태양에서, 본 발명은 빌딩 건축에 사용을 위한 전자파 흡수 패널을 제공하며, 이 흡수패널은 빌딩 지지 엘리먼트, 이 엘리먼트에 의해 지지되는 흡수재 엘리먼트를 포함하며, 이 흡수재 엘리먼트는 자기저항성 물질을 포함한다. 바람직하게, 자기저항성 물질은 La0.67Sr0.33MnO3, LaxCa(1-x)MnO3, 및 LaxPb(1-x)MnO3, 여기서 0 < x < 1, 으로 이루어 진 군으로부터 선택된 물질이다.
또다른 태양에서, 본 발명은 빌딩 건축에 사용을 위한 전자파 흡수 패널을 제공하며, 이 흡수패널은 빌딩 지지 엘리먼트, 이 엘리먼트에 의해 지지되는 흡수재 엘리먼트를 포함하며, 이 흡수재 엘리먼트는 Ni0.4Zn0.6Fe2O4를 포함한다.
새로운 물질은 종래 기술의 패널에 비해 더욱 가볍고 부피가 작으며 넓은 주파수 범위에 대해 전자파를 흡수하는 패널이 된다. 또한, 새로운 물질이 작동하는 버을 분석하므로써 본 발명의 전자파 흡수 방법의 프로세스를 더욱 잘 이해할 수 있게 된다.
본 발명은 더욱 가볍고 부피가 작은 파 흡수 패널을 위한 새로운 다성분 구조체로서 빌딩 건축에서 파 흡수를 위해 사용된 종래 구조체 보다 넓은 주파수 범위에 대해 파를 흡수하는 상기 다성분 구조체를 제공하며, 이들 구조체에 대한 연구는 유전상수가 흡수 패널에서 할 수 있는 역할과 같은, 파 가 흡수되는 원리를 더욱 깊이 이해할 수 있게하며, 흡수가 소망되는 영역엣 대략적으로 파를 흡수하는 구조체를 탐지하고, 그후 1/4 파 플레이트에 더욱 근사하게 대응할 기타 파라미터 및 유전상수를 제공하기 위해 흡수재의 성분을 튜닝하고, 및 소망하는 주파수 범위를 다룰 수 있도록 흡수 대역을 이동시키기 위해 물질의 두께를 튜닝하므로써 페널 설계에 대한 프로세스가 되게 하는 이들 구조체에 대한 연구를 제공한다. 본 발명의 여러 기타 특징, 목적 및 이점은 첨부도면과 함께 읽을 때 다음 설명으로부터 명백할 것이다.
도 1 및 도 2는 본 발명에 따른 파 흡수 패널을 개괄적으로 나타낸 도이다. 파 흡수 패널을, 도 1은 투시하여 본, 부분 절결도로 나타내고, 도 2는 단면도로 나타낸 도이다. 먼저 도 1 및 도 2와 본 발명에 따른 흡수재(106)의 단면도를 나타내는 기타 도면은 실제 패널 또는 흡수재를 나타내지 않지만, 실제 패널에 대한 도면으로부터 가능할 수 있는 것 보다 본 발명을 더욱 명백히 나타내도록 간략화한 표현이다. 예를들어, 몇몇 층들은 다른 층에 비해 얇기 때문에, 모든 층들이 다른 층에 비해 얇으며, 만일 모든 층이 정확한 두께로 묘사된다면, 다수 도면은 한 페이지에 넣기엔 너무 클 것이다. 패널(100)은 4개의 지지 엘리먼트(102), 반사 엘리먼트(104), 흡수재 엘리먼트(106) 및 외부 보호 엘리먼트(108)를 포함한다. 바람직하게, 엘리먼트(102, 104, 106 및 108)의 각각은 서로가 거의 평행한 층으로 된, 물질층을 포함한다. 엘리먼트(102)는 콘크리트와 같은 빌딩 구조체 재료로 이루어 진다. 반사층(104)은 일반적으로 금속과 같은 도전물질 층이다. 바람직한 실시예에서, 이것은 콘크리트(102)에 매립된, 아이언 메시 또는 아이언 그리드로 된 층(104)이고 콘크리트 예술로 알려진 바와 같이, 콘크리트를 강화시키는 역할을 한다. 일반적으로, 메시(104)는 콘크리트(102)에 1 내지 5 인치 두께의 깊이로 매설된다. 흡수되어야 할 전자파는 길이가 1 미터 내지 수백미터 정도이기 때문에, 전자파는 메시를 본질적으로 솔리드인 것으로 여기며 반사된다. 흡수재 엘리먼트(106)는 도 1 및 도 2에 단지 일반적으로 도시되어 있다. 이 층(106)의 바람직한 실시예는 아래에서 상세히 설명된다. 알 수 있는 바와 같이, 흡수재(106)의 각각의 실시예는 폴리머-세라믹 성분에서 제 2 물질 및 폴리머와 같은 두 개의 개별 물질 성분을 포함하는 관점에서, 또는 개별 물질로 된 두 개 이상의 층을 포함한다는 관점에서, 다성분(multi-component)을 포함한다. 상기로부터, 본 명세서에서 용어 "다성분"은 하나 이상의 엘리먼트를 포함하는 배합물일지라도, 단일 배합물을 포함하지 않는다. 보호 엘리먼트(108)는 일반적으로 날씨에 잘 견디며 자연적으로 장식성이 있는 실리콘-기초 타일과 같은 종래의 빌딩 물질로 이루어 진다. 본 발명의 중요한 특징은 몇몇 실시예에서, 보호 타일 엘리먼트(108)는 선택적이며, 또는 다른 관점으로부터 흡수재 엘리먼트(106)의 부분을 형성한다. 즉, 고 유전상수 물질과 같은 본 발명의 몇몇 흡수물질은 날씨에 매우 잘 견디는 경화된 물질 또는 세라믹이다. 반사 엘리먼트(104)도 선택적이다. 몇몇 경우에, 통과하는 모든 방사선을 머추게 하는 데 충분한 두께인 지지 엘리먼트(102)에 통합될 수 있다. 어떤 경우엔, 흡수재 엘리먼트(106)가 벽 또는 벽의 일부분에 필요한 충분한 지지를 제공할 정도로 강할 때, 지지 엘리먼트(102)는 흡수재 엘리먼트(106)와 동일하다. 바람직한 실시예는 반사 엘리먼트(104)가 통합부로 된 기타 빌딩 또는 콘크리트에 대해 일반적이지만, 반사 엘리먼트(104)는 반사가 최소로 유지되어야 할 어떤 응용에선 바람직하지 않을 수 있다. 즉, 몇몇 응용에선, 고스트 문제는 반사를 전혀 일으키지 않고서만 해결될 수 있다. 하기 실시예에서, 달리 명시하지 않으면 반사 엘리먼트(104)가 존재한다. 본 발명은 특히 흡수재 엘리먼트(106)의 구조체 및 물질을 포함하기 때문에, 하기에서 이 흡수재 엘리먼트(106)에 대해 집중한다. 도 2 및 하기의 흡수재 엘리먼트(106)에 대한 각각의 실시예에서, 방사선(110)은 도면의 좌측으로부터의 입사한다. 이것은 방사선(110)의 입사지점(109)으로부터 흡수 다층의 순서가 최적 흡수를 산출하는 데 중요하기 때문에 중요하다.
흡수재 패널(100)을 건축하고 테스팅 하는 것이 곤란하다는 사실은 본 기술분야의 진보에서 커다란 장애가 되어왔다. 테스트 패널(100)은 부피가 크고 다수의 상이한 구성으로 제조하는 것이 용이하지 않다. 더욱이, 샘플을 만족스럽게 테스팅할 테스트 구조체를 생성하는 것이 곤란하다. 이것은 다양한 패널(100) 구성을 시뮬레이팅할 수 있는 정교한 컴퓨터 시스템을 생성하므로써 본 명세서에서 극복되었다. 패널(100)의 다양한 실제 실시예가 구축되었으며 시뮬레이션 시스템을 완전하게 하는 데 조력하기 위해 컴퓨터 시뮬레이션 시스템의 결과와 비교된다. 하기에서, 주어진 측정치는 특정하게 컴퓨터 시뮬레이션 시스템으로 부터의 측정치라고 특히 표기되지 않는 한, 하기에서 제조된 실제 샘플로부터의 측정치이다.
도 3은 본 발명에 따른 흡수재 엘리먼트(106A)의 바람직한 실시예의 단면도이다. 도 3의 실시예(106A) 및 하기에서 실제 제조된 실시예에 대한 흡수재(106)의 실제 제조 및 테스팅에서, 흡수재는 하기의 프로세스에 의해 제조되고, 동축 구조체의 금속 지지체상에 장착된다. 즉, 지지체(102) 및 외부 타일(109)은 테스팅에서 명백한 곤란성으로 인해 포함되지 않았다. 그러나, 전자파는 도전성금속 층으로부터 100% 반사되고, 테스트는 외부 타일(109)이 흡수재에 커다란 영향을 미치지 않음을 나타내기 때문에, 설명된 실험결과는 실제 패널(100)에 양호하게 근접한다. 흡수재 엘리먼트(106A)는 바람직하게 유전물질인 물질(112)을 포함하지만, 표 1의 임의의 물질일 수 있다. 도 3의 실시예에서, 유전체(112)가 바람직하게 고 유전상수 물질일지라도, 아래의 표 1에 나타난 임의의 유전체가 사용될 수 있다. 층(114)은 페라이트이다. 그것은 바람직하게는 니켈-아연 페라이트, 구리-아연 페라이트 또는 코발트-아연 페라이트, 가장 바람직하게는 Ni0.4Zn0.6Fe2O4일지라도, 임의의 페라이트일 수 있다. 바람직하게 유전물질(112)은 특히 그것이 고 유전상수 물질이면 페라이트(114) 보다 상당히 얇다. 유전물질(112)이 고 유전상수 물질일 때, 일반적으로 2 내지 10배 가장 바람직하게는 페라이트(114) 보다 3 내지 6배 얇다. 도 3의 실시예에서, 유전물질(112)은 반사기(104)로부터 더욱 멀리 떨어져 있고 패널(100)의 외부에 더욱 근접한다. 고 유전상수 물질은, 기타 흡수재 물질에 대한 그들의 상대위치가 어떻든간에 파 흡수 패널에 매우 바람직하다는 것이 알려져 왔다. 본 명세서에서 "고 유전 상수"는 20 이상 바람직하게는 50 이상인 유전상수를 의미하며, "저 유전 상수 물질"은 10 이하인 유전상수를 갖는 물질을 의미한다. 바람직하게, 테프론TM, 폴리카보네이트, 폴리비닐 또는 기타 폴리머와 같은 플라스틱 또는 실리콘 유리일 수 있다. 알루미늄 산화물도 사용될 수 있다. 고 유전상수 물질(112)은 실온에선 강유전성이 아닐 수 있지만 어떤 온도에선 강유전성인 금속 산화물일 수 있다. 파 흡수 패널에 유용한 고 유전상수 물질의 예로는 바륨 스트론튬 티타네이트(BST), 바륨 티타네이트와 같은 유전물질 및 강유전물질을 포함하는 ABO3유형 페로브스카이트, 및 스트론튬 비쓰무쓰 탄탈레이트, 스트론튬 비쓰무쓰 탄탈륨 니오베이트, 및 바륨 비쓰무쓰 니오베이트와 같은 유전물질 및 강유전물질을 포함하는 층을 이룬 초격자 물질이 있다. ABO3유형 페로브스카이트는 Franco Jona 및 G. Shirane에 의한 Ferroelectric Crystals, Dover Publications, New York, pp.108에 설명되어 있다. 층을 이룬 초격자 물질은 1996년 5월 21일 허영된 미국 특허 제 5,519,234 호에 설명되어 있다. 페라이트(114)와 층을 이룰수 있는 기타 물질은 La1-xSrxMnO3(LSM) 및 Fe2O3와 같은 도전성 산화물, 예를들어 La0.67Sr0.33MnO3및 LaxCa(1-x)MnO3및 LaxPb(1-x)MnO3과 같은 LSM의 몇몇 조성물을 포함하는 자기저항성 물질, BaTiO3+ BiFeO3와 같은 시그닛 자석, Ba0.6FeO3과 같은 마그네토플럼비트, 이트륨 아이언 가닛(3Y2O3.5Fe2O4또는 Y6Fe10O24)과 같은 가닛 및 기타 다른 물질을 포함한다.
도 3의 실시예 및 본 발명의 기타 실시예에 사용될 수 있는 다양한 실시예에 대한 요약이 아래의 표 1 에 요약되어 있다. 요약된 특징은 일반적인 것이며, 때때로 주어진 부류의 개별물질에 대해 상이할 수 있다.
물질 부류 부류내의 물질 예 부류내의 물질의 일반적 특징
도전성 산화물 LSM 고 ε', 고 ε" , 매우 저 μ
자기 저항성 물질 La0.67Sr0.33MnO3LaxCa(1-x)MnO3LaxPb(1-x)MnO3 중간 ε', 고 ε"
기타 유전물질 실리콘 유리, Al2O3 저 내지 중간 ε',저 ε",μ = 1
ABO3유형 유전물질 BST 고 ε', 저 ε" , μ = 1
층을 이룬초격자 물질유전물질 BaBi2Nb2O9 고 ε', 저 ε" , μ = 1
폴리머 유전물질 폴리카보네이트, 테프론, 폴리비닐 저 ε', 저 ε" , μ = 1
ABO3유형강유전물질 BaTiO3 고 ε', 저 ε" , μ = 1
층을 이룬초격자 물질강유전물질 SrBi2Ta2O9 고 ε', 저 ε" , μ = 1
마그네토플럼비트 Ba0.6Fe2O3 중간 ε', 고 μ' , 저 μ"
시그넷 마그네틱스 BaTiO3+ BiFeO3BaTiO3+ BiFeO3,Ba0.3BaTiO3.3Fe2O3 고 ε', 중간 ε" ,저 μ(< 1GHz)중간 μ(> 1GHz)
기타 세라믹스(일반적으로 유전물질) SrTa2O6 고 ε', 저 ε" , μ = 1
페라이트 NixZn(1-x)Fe2O4CuxZn(1-x)Fe2O4CoxZn(1-x)Fe2O4MnxZn(1-x)Fe2O4 저 μ' , 고 μ" , 저 ε
가닛 Y3Fe5O12 중간 ε', ε", μ' 및 μ"
폴리머 세라믹합성물 상기 폴리머와 대부분의 상기물질 매우 가벼운 중량, 대응하는 세라믹 값을 세라믹 중량%에 반영하는 ε및μ
식의 주기는 상이한 비율로 존재할 수 있는 물질의 두 부분을 분리하며, 예를들어 Ba0.6Fe2O3는 마그네토플럼비트 및 시스닛 마그네틱스와 같은 물질에 대한 종래의 표기인 Fe2O3의 6개 유닛과 Ba0의 1개 유닛의 화합을 의미한다. 표 1은 유전물질의 한 유형으로서 "조성물"을 나열한다. 다양한 상기 조성물들이 아래에서 설명된다. 본 명세서에서, "조성물"은 예로서 폴리머를 통해 균등하게 분배된 세라믹 파우더와 같은, 적어도 두 개의 개별 물질의 균등 혼합물로 이루어 진 물질을 의미한다.
도 5는 고 유전상수 물질과 페라이트로 만들어진 3 개의 상이한 다층 흡수 타일(106A)의 흡수 성능을 나타낸다. 곡선(117,118 및 119)의 각각은 기가헤르쯔(GHz)의 주파수 함수로서 데시벨(dB)로 반사손실을 나타낸다. 반사손실은 측(109)에 입사하는 방사선량과 측(109)으로부터 반사된 방사선량을 비교하므로써 측정된 손실이다. 모든 곡선은 실온에서 측정되었다. 곡선(117)은 층(112)이 1mm의 스트론튬 탄탈레이트(SrTa2O6)이고, 층(114)이 5mm의 니켈-아연 페라이트(Ni0.4Zn0.6Fe2O4)이고, 이 페라이트는 두 페라이트인 NiFe2O4와 ZnFe2O4의 고용체인 타일(106A)에 대한 주파수 함수로서 반사손실이다. 곡선(119)은 층(112)이 1mm의 스트론튬 탄탈레이트(SrTa2O6)이고, 층(114)이 5mm의 망간 페라이트(MnFe2O4)인 타일(106A)에 대한 주파수 함수로서 반사손실이다. SrTa2O6의 유전상수는 약 90이었고 Ni0.4Zn0.6Fe2O4의 유전상수는 약 10이었다(도 17을 참조하라). 일반적으로, 파 흡수 패널분야에서, 20dB의 방사선 손실 또는 더 많은 입사 방사선을 갖는 물질은 양호한 흡수재인 것으로 여겨진다. 20dB 흡수는 빌디의 전자파 충격에서 커다란 차이를 만드는 데 충분한 감소인 데, 이는 최신 전자회로가 원치않는 반사를 필터링할 수 있는 충분한 감소이기 때문이다. 1mm/5mm 스트론튬 탄탈레이트/니켈-아연 페라이트 곡선(119)에 대한 흡수율은 약 0.1 GHz 내지 0.3 GHz 범위에 대해 수용가능한 흡수재일 수 있는 범위내이다. 니켈-아연 페라이트의 두께를 1 밀리미터 감소시키는 것은 곡선(118)에 도시된 바와 같이, 약 0.25 GHz 내지 0.5 GHz 사이의 뛰어난 흡수재인 타일이 되는 결과로 된다. 페라이트를 망간 페라이트로 변경하는 것은 약 0.5 GHz 내지 0.65 GHz 사이의 범위인 뛰어난 흡수재인 타일이 되는 결과로 된다. 이것은 상기 범위에서 흡수율이 매우 중요한 것이었다는 것을 나타낸 전자적 충격 스테이트먼트를 구축하는 데 뛰어나 선택일 수 있다. 일반적으로, 페라이트는 저 유전상수(ε'), 유전율의 저 또는 중간 허수부(ε"), 투자율의 저 실수부(μ'), 투자율의 고 허수부(μ")를 갖는다.
도 5의 곡선으로부터 유도될 수 있는 가장 중요한 사실은 흡수 피크 주파수와 흡수 피크 폭이 두께에서의 작은 변화 및 물질의 변화에 의해 강하게 영향을 받는다는 것이다. 따라서, 고 유전상수/페라이트 흡수재는 완전한 텔리비젼 주파수 범위 즉, 약 0.1 GHz 내지 약 8 GHz에서 약 200메가헤르쯔의 거의 모든 장소를 커버하도록 설계되어 튜닝될 수 있다.
둘 이상의 페라이트로 된 고용체를 포함하는 파 흡수재 엘리먼트(106B)가 도 4에 도시되어 있다. 이러한 고용체는 스스로, 특히 특정 주파수 범위가 중요한 관심사항일 때 단일 페라이트 보다 우월한 것으로 알려져 왔다. 피크 흡수 주파수 및 흡수 피크의 폭은 고용체에서 특정 페라이트의 비율과 흡수재의 두께에 매우 좌우된다. 이것은 6개의 상이한 니켈-아연 페라이트 고용체의 흡수성능을 도시하는, 도 6에 나타나 있다. 각각의 타일의 두께와 고용체의 화학식은 표 2 에 나타나 있다.
곡선 번호 고용체 두께
131 Ni0.4Zn0.6Fe2O4 6 mm
133 Ni0.35Zn0.65Fe2O4 7 mm
135 Ni0.50Zn0.50Fe2O4 4 mm
137 Ni0.4Fe2O4 9 mm
138 Ni0.3Zn0.7Fe2O4 10 mm
139 Ni0.25Zn0.75Fe2O4 10 mm
도 6에 도시된 결과로부터, 도 3의 층을 이룬 타일처럼, 고체용매는 소망 주파수 범위에 대해 흡수하는 흡수 타일의 설계에 부가되는 것이 명백하다. VHF에 특히 적절하게 되는 Ni0.4Zn0.6Fe2O4인 UHF에 특히 적절하게 되는 Ni0.50Zn0.50Fe2O4인 Ni0.4Zn0.6Fe2O4,Ni0.50Zn0.50Fe2O4고용체는 전체 텔리비젼 주파수 범위 보다 크거나 20dB의 반사손실을 제공한다. 파 흡수재로서 기능하는 페라이트의 능력은 주파수의 함수로서 물질의 투자율 및 유전율에 관한 것이다. 본 명세서에서, "유전율" 이라고 하는 것은 유닛에서 유전상수에 대응하는 파라미터를 의미한다. 즉 "유전율"의 실수부분은 유전상수와 동일하다. 도 7 및 도 8은 고용체 페라이트 Ni0.4Zn0.6Fe2O4에 대해, 각각 유전율(ε) 및 투자율(μ)을 나타낸다. 도 7에서, ε'는 유전율의 실수부분이고, ε"는 유전율의 허수부분이며, 기가헤르쯔의 주파수 함수로서 도시되어 있다. 도 8에서, μ'는 투자율의 실수부분이고, μ"는 투자율의 허수부분이며, 기가헤르쯔의 주파수 함수로서 도시되어 있다. 이 곡선은 매우 나타내는 바가 많다. 대부분의 물질에서, 유전율의 허수부분(ε")과 투자율의 허수부분(μ")은 대응 파라미터의 실수부분 보다 훨씬 작다. 그러나, 니켈-아연 페라이트에서 투자율의 허수부분(μ")은 투자율의 실수부분(μ') 보다 크다. 투자율의 허수부분(μ")은 예외적으로 본 발명의 페라이트에서 크다.
흡수재 엘리먼트(106)를 설계하기 위해 당업자가 페라이트를 "혼합"할 수 있는 또다른 방식은 다층 페라이트 흡수재를 제조하는 것에 의한다. 이러한 다층 페라이트 흡수재(106C)가 도 9에 도시되어 있다. 본 발명의 실시예에서, 흡수재엘리먼트(106C)는 층(152)과 상이한 페라이트인 층(150)인, 둘 이상의 페라이트 물질로 된 층(150 및 152)을 포함한다. 또다시, 피크 흡수 주파수 및 흡수 곡선의 폭은 각각의 층 두께 및 층(150 및 152)의 특정 페라이트에 좌우되어 변동한다. 도 16에는 반사손실(dB)이 망간 페라이트로 된 층(150)과 니켈-아연 고용체 페라이트로 된 층(152)으로 제조된 다층 흡수재(106C)로 된 5 개의 상이한 배합물에 대해 GHz 주파수의 함수로서 도시되어 있다. 망간 페라이트 및 니켈-아연 페라이트 다층 배합물의 각각의 두께는 표 3에 나타내었다.
곡선 번호 MnFe2O4두께(mm)/Ni0.4Zn0.6Fe2O4두께(mm)
150 1/5
152 1.5/4.5
154 2/4
156 2.5/3.5
158 3/3
전체 TV 스펙트럼의 약 2/3을 커버하는 넓은 범위에 대해 20dB 보다 큰 반사손실을 제공하는 각각의 다층으로 된 페라이트 흡수재가 개별적으로 도시되었다. 예를들어, 4.5 mm두께의 Ni0.4Zn0.6Fe2O4층과 1.5 mm두께의 MnFe2O4층에 대한 곡선(152)은 이 흡수재(106C)가 전체 TV 주파수 스펙트럼을 흡수하는 데 매우 효과적일 것이라는 것을 의미한다. 그룹으로 도시된 바와 같이, 도 16으로부터 도시된 결과로부터 다수 페라이트 층으로 된 다층 흡수재(106C)는, 반사손실의 절대 크기에서의 상당한 변경 없이, 텔리비젼 스펙트럼의 중앙부에서 비교적 넓은 버위의 주파수에 대해 임의의 특정 주파수로 주파수 피크를 편이시키기 위해 설계될 수 있다.
도 10은 본 발명에 따른 흡수재 엘리먼트(106)의 다른 실시예(106D)를 나타낸다. 이 실시예는 고 유전상수 물질(160), 페라이트(162) 밑 저 유전상수 물질(164)을 포함한다. 고 유전상수 물질(160)은 바람직하게, BST 또는 ABO3유형 페로브스카이트, 기타 층을 이룬 초격자 물질, 또는 BaTiO3+ BaFeO3와 같은 시그닛 마그네틱스와 같은 기타 고 유전 상수 물질일 수 있을 지라도, 바륨 티타네이트(BaTiO3)와 같은 강유전 세라믹 물질이다. 층을 이룬 초격자 물질에 대한 추가설명을 위해선 1996년 5월 21일자로 Araujo에게 허여된 미국 특허 제 5,519,234 호를 참조하라. 시그닛 마그네틱스는 BaTiO3+ BaFeO3, BaTiO3+ BiFeO3및 Ba0.3BaTiO3.3Fe2O3를 포함한다. 페라이트(162)는 바람직하게 상기한 임의의 다른 페라이트일 수 있을 지라도, Ni0.4Zn0.6Fe2O4이다. 저 유전상수 물질(164)은 바람직하게 테프론TM과 같은 폴리머, 폴리카보네이트, ButvarTM과 같은 폴리비닐이지만, 기타 플라스틱 또는 기타 비교적 저 중량 저 유전상수 물질일 수 있다.
도 17은 1mm의 50/50 고용체 BaTiO3+ Ba0.6BaFe2O3, 5mm의 Ni0.4Zn0.6Fe2O4및 5mm의 테프론TM을 포함하는 흡수재 엘리먼트(106D)를 갖는 흡수 패널(100)에 대한 기가헤르쯔 주파수 대 dB 반사손실에 대한 컴퓨터 시뮬레이션을 나타낸다. 이 패널은 전체 텔리비젼 주파수 스펙트럼에 대해 약 30dB의 반사손실을 제공하며, 이것은 오늘날 공지된 임의의 흡수 패널에 대한 이 주파수 범위에서 최선의 반사손실을 나타낸다. 이것은 또한 공항 제어 시스템의 주파수 범위 즉, 약 0.1 기가헤르쯔 내지 약 0.4 기가헤르쯔에서 양호하게 흡수하는 공항용 뛰어난 흡수재이다.
도 11은 페라이트(166)와 고 유전상수 물질(170)이 폴리머(168)를 샌드위칭하는 흡수재 엘리먼트(106)의 대안 실시예(106E)를 도시한다. 이 실시예에 대한 바람직한 물질은 순서를 제외하곤, 도 10의 실시예와 동일하다. 도 18은 5mm의 Ni0.4Zn0.6Fe2O4, 4mm의 폴리카보네이트, 및 1mm의 70/30 BST 즉 Ba0.7Sr0.3TiO3를 갖는 페라이트/폴리머/고 유전상수 흡수재 엘리먼트(106E)를 갖는 흡수패널(100)에 대해 GHz 주파수 대 dB 반사손실의 컴퓨터 시뮬레이션을 나타낸다. 본 실시예는 800 MHz - 900 MHz 주파수 범위에서 뛰어난 흡수를 가지며, 따라서 이 주파수 범위에서 흡수가 매우 중요할 때, 예를들어 흡수될 것을 필요로 하는 전자파가 근거리 통신망(LAN) 시스템일 때 뛰어나 흡수 패널이 되게 할 것이다.
도 12는 파 흡수재 엘리먼트(106)의 다른 대안 실시예(106F)를 나타낸다. 이 실시예는 폴리머-세라믹 조성물 층(176)을 포함한다. 바람직한 폴리머는 테프론TM또는 임의의 기타 적절한 경량이고, 비교적 강한 폴리머일 수 있을지라도 폴리카보네이트 또는 폴리비닐이다. 상기 임의의 세라믹 물질의 파우더 형태가 폴리머에 매립될 수 있다. 각각의 물질에 대해 100 MHz 와 1 GHz 사이에서 투자율의 실수부와 허수부(μ' 및 μ") 및, 유전상수의 실수부와 허수부(ε' 및 ε" )의 값과 함께 바람직한 세라믹 물질이 표 4에 나타나 있다.
물질 ε' ε" μ' μ"
20% BaTiO3+ 80% BiFeO3 40 1 1.0 0.1
40% BaTiO3+ 60% BiFeO3 90 8 1.1 0.1
50% BaTiO3+ 50% BiFeO3 100 10 1.2 0.1
60% BaTiO3+ 40% BiFeO3 200 32
80% BaTiO3+ 20% BiFeO3 300 30 1.2 0.1
60% BaTiO3+ 40% BiFeO3+1% Ni 48 4 1.3 0.1
60% BaTiO3+ 40% BiFeO3+4% Ni 53 5 1.3 0.1
4Ba0.3TiO2.3Fe2O3 3.6 무시 1.0 0.1
BaTiO3+ BiFeO3+ Bi4Ti3O12 180 10 1.0 0.1
Fe3O4 400 300 1.5 0.5
Ba-페라이트(Ba0.6Fe2O3) 35 5 1.3 0.2
Ba-페라이트 + BaTiO3 60 30 1.3 0.2
LSM 250 250
스트론튬 비스무쓰 탄탈레이트 65 0.6 1.0 0.1
실리콘 페라이트 10 1 1 20
폴리카보네이트 폴리머를 갖춘 표 4의 몇몇 세라믹 물질의 조성물과 바람직한 폴리카보네이트 폴리머에 대한 실험 데이터가 표 5에 나타나 있다. 100 MHz 와 1 GHz 사이에서 투자율의 실수부와 허수부(μ' 및 μ") 및, 유전상수의 실수부와 허수부(ε' 및 ε" )의 값이 폴리머 및 각각의 조성물에 대해 주어졌다.
물질 세라믹 중량% ε' ε" μ' μ"
폴리머 0 2.1 0.01 1.0 0.01
BaTiO3.BiFeO3 20 3.2 0.05 1.0 0.01
BaTiO3.BiFeO3 40 4.2 0.1 1.0 0.01
BaTiO3.BiFeO3 50 4.4 0.1 1.0 0.01
BaTiO3.BiFeO3 75 6.5 0.3 1.0 0.01
4BaO.3TiO23Fe2O3 40 4.0 0.08 1.0 0.01
Fe2O3 40 6.0 0.8 1.0 0.01
Ba-페라이트 40 4.0 0.2 1.0 0.01
BST(BaxSr(1-x)TiO3) 40 7.0 0.05 1.0 0.01
도 19는 13mm의 50% 폴리카보네이트 및 50% (0.25BaTiO3+ 0.75BiFeO3)를 포함하는 폴리머-세라믹 조성물 흡수재 엘리먼트(106F)를 포함하는 흡수 패널에 대해 GHz 주파수 대 dB 반사손실의 컴퓨터 시뮬레이션을 나타낸다. 이것은 높은 주파수 라디오 스펙트럼에서 양호한 흡수율을 도시한다.
도 13은 페라이트(180) 및 물질(182)을 포함하는 본 발명에 따른 흡수재(106)의 실시예(106G)를 도시한다. 이 실시예는 입사 방사선(110)에 대해 페라이트(180) 및 물질(182)의 위치가 역전되는 것을 제외하곤, 도 3의 실시예와 동일하다. 페라이트(180)는 표 1에 나타낸 임의의 페라이트 또는 도 3에 대한 설명에서 언급된 페라이트이다. 텔리비젼 응용의 경우에, 니켈-아연 페라이트 특히 Ni0.4Zn0.6Fe2O4가 바람직하다. 물질(182)은 표 1에 나타낸 또는 도 3의 설명에서 언급된 임의의 물질일 수 있다. 다시, LSM과 같은 기타 물질이 일정 주파수에선유전물질에 의한 결과 보다 양호한 결과를 나타낼 지라도 유전물질이 바람직하다. 본 실시예에서, 저 또는 고 유전상수 물질은 페라이트에 좌우되어 양호한 결과를 나타내는 것을 알게 되었다. 유전물질이 입사 방사선(110)에 더욱 근접하는 경우 즉 도 3의 실시예의 경우에, 고 유전상수 물질이 바람직한 반면에, 저 유전상수 물질 즉 유전상수가 최고 10 까지인 물질도 뛰어난 결과를 나타낸다. 저 유전상수 물질은 MHz 주파수 범위에서 스스로는 양호한 흡수재가 아닌 반면에, 페라이트와 금속 사이에서 샌드위치로서 사용될 때, 시스템(100)의 전체 흡수 성능을 상당히 개선시킨다.
도 20은 페라이트로서 Ni0.4Zn0.6Fe2O4와 유전물질(182)로서 BST를 포함하는 페라이트/고 유전상수 물질 파 흡수재(106G)의 5개의 상이한 두께에 대해 GHz주파수 대 dB 반사손실에 대한 컴퓨터 시뮬레이팅된 그래프를 나타낸다. 이 특정 실시예에서, 어떠한 반사 엘리먼트(104)도 없다. 각각의 곡선에 대한 페라이트층(180)의 두께가 표 6에 도시되어 있다. 유전물질(182)의 두께는 어떠한 방사선도 통과하지 못하도록 충분하거나, 또는 컴퓨터 시뮬레이션을 목적으로 무한대일 수 있다. 실제적으로, 대부분의 물질의 일 피트의 수인치는 어떠한 방사선도 샘플을 통과하지 않는 결과가 될 것이다. 어떠한 방사선도 샘플을 통과하지 않으므로, 흡수되거나 반사되며, 다시 반사손실은 이전과 같은 흡수 특성의 적절한 척도이다.
곡선번호 두께 mm
200 3
201 4
202 5
203 6
204 7
도면으로부터 알 수 있는 바와 같이, 흡수율은 유전물질의 한 두께에 대해 높으며, 그렇지 않은 경우엔 비교적 낮다. 따라서, 파 흡수재 엘리먼트(106G)의 두께는 만일 어떠한 반사 엘리먼트(104)도 없다면 더욱 중요한 것으로 여겨진다. 페라이트(180)가 Ni0.4Zn0.6Fe2O4이고 물질(182)이 LSM이며, 금속 백 플레이트(104)가 포함된 샘플에 대해 만들어진 파 흡수재의 실시예(106G)에 대한 다른 컴퓨터 시뮬레이팅된 그래프이다. 이것은 도 20의 곡선에 대해 마찬가지의 결과를 나타내었지만, 흡수율은 약 32dB 이었고 흡수율은 두께에 크게 좌우되지 않았다. 최대 흡수율은 페라이트(180)가 5mm두께이고 LSM이 5mm 두께인 경우의 실시예에서 나타났다. 실시예(106G)에 대한 추가의 컴퓨터 시뮬레이팅된 그래프는 페라이트(180)가 Ni0.4Zn0.6Fe2O4이고 물질(182)이 마그네토플럼비트(Ba4Ti3Fe6O19)이며, 금속 백 플레이트(104)가 포함된 샘플에 대해 만들어진 파 흡수재의 실시예(106G)에 대한 것이다. 이것은 도 20의 곡선에 대해 마찬가지의 결과를 나타내었만, 최저 흡수율은 약 -29dB 이었고, 흡수율은 두께에 크게 좌우되지 않았다. 최대 흡수율은 페라이트(180)가 두께가 5mm이고 마그네토플럼비트가 두께가 5mm인 실시예에 대한 것이다. 파 흡수재의 실시예(106G)에 대한 컴퓨터 시뮬레이팅된 그래프는 페라이트(180)가 Ni0.4Zn0.6Fe2O4이고 물질(182)이 알루미늄 산화물(Al2O3)이며, 금속 백 플레이트(104)가 포함된 샘플에 대해 행해진 것이다. 상기 알루미늄 산화물은 약 9인 유전상수를 갖는다. 이것은 도 20의 곡선과 마찬가지의 결과를 나타내었지만, 최저 흡수율은 약 -39dB 이었고, 즉 흡수율은 도 20에 도시된 흡수율 보다 약간 컸으며, 흡수율은 두께에 크게 좌우되지 않았다. 최대 흡수율은 페라이트(180)가 두께가 5mm이고 알루미늄 산화물의 두께가 1mm인 실시예에 대한 것이었다. 알루미늄 산화물은 본 명세서에서 개시된 페라이트 및 기타 유전물질에 대한 세라믹 제조 프로세스 보다 어떤 점에선 간단한 액체 증착 프로세스로 제조될 수 있으며, 따라서 알루미늄 산화물을 갖춘 이 실시예는 기타 실시예에 비해 몇몇 이점을 갖는다.
도 14 및 15는 고 튜닝가능한 흡수재 시스템의 두 개의 다른 실시예를 나타낸다. 도 14에서, 흡수재(106H)는 폴리머로 된 층(186) 및 기타 유전물질로 된 층(188)을 포함한다. 도 15에서, 흡수재(106I)는 유전물질로 된 층(190) 및 폴리머로 된 층(192)을 포함한다. 바람직하게, 각각의 실시예에서 유전물질(188 및 190)은 폴리머(186 및 192) 보다 각각 고 유전상수를 갖는다. 이들 실시예가 어떤 주파수 범위에서 반사손실이 20dB 보다 크고 뛰어나 튜닝가능성을 나타낸다면, 시도된 실제 물질의 배합물은 도 3, 10 및 11의 실시예와 같은 양호한 흡수 특성을 나타내지 않았다. 두 실시예에서, 기타 폴리머 및 유전물질이 사용될 수 있을 지라도, 바람직한 폴리머는 폴리카보네이트 또는 폴리비닐이며 바람직한 유전물질은 BST 이다. 흡수재(106H 및 106I)는 특히 중요한 데 이는 이것들이 용이하게 구성되고 비교적 가볍기 때문이다.
도 21은 양호한 결과를 나타내는 흡수재(106)의 다른 실시예(106J)를 나타낸다. 흡수재 엘리먼트(106J)는 페라이트로 된 층(194), 저 유전상수 물질로 된 층(196) 및 고 유전상수 물질로 된 층(198)을 포함한다. 이 실시예(106J)는 폴리머만이 아닌 임의의 저 유전상수 물질(196)을 포함하는 것이 일반화 된 것을 제외하곤, 도 11의 실시예와 동일하다. 실리콘 유리는 적절한 저 유전상수 물질인 반면에, 바람직한 페라이트(194) 및 고 유전상수 물질(198)은 도 11과 연결지어 설명된다. 이 실시예(106J)는 도 11의 실시예(106E)와 거의 동일한 성능을 나타내도록 튜닝될 수 있다. 컴퓨터 시뮬레이팅된 반사손실 곡선은 페라이트가 Ni0.4Zn0.6Fe2O4이고, 유전체(196)가 실리콘 유리이고 유전물질(198)이 BST인 흡수재(106J)에 대해 뻗는 곡선이다. 최량의 흡수율은 층(194)이 5mm두께이고, 층(196)이 4mm두께이고 층(198)이 1mm두께인 흡수재(106J)에 대한 것이었다. 반사손실은 피크 흡수율이 거의 35dB인, 이 흡수재에 대해 전체 TV 스펙트럼에 대해 20dB 이상이었다.
도 22, 23 및 24는 상기 층을 형성하는 주요원리가 다층으로 된 흡수재(106)에 확대될 수 있는 법을 도시한다. 도 22의 실시예(106K)에 대해, 하나의 페라이트 층(210) 및 3 개의 유전물질 층(212,214 및 216)이 있다. 상기한 임의의 페라이트가 유전물질로서 사용될 수 있고, 유전물질(214)이 유전물질(212 및 216)과 다르다는 사실과 함께, 임의의 유전물질이 유전물질로서 사용될 수 있다. 이러한 실시예의 예로는 페라이트가 Ni0.4Zn0.6Fe2O4이고, 유전물질(212)이 폴리머이고, 유전물질(214)이 LSM 이며 유전물질(216)이 BST인 흡수재(106K)이다. 다양한 물질 두께에 대해 컴퓨터에 의해 시뮬레이팅된 GHz주파수 대 dB로 나타낸 반사손실의 그래프가 도 25에 도시되어 있다. 표 7에 물질의 두께가 주어졌다.
곡선번호 페라이트두께 mm 폴리머두께 mm LSM두께 mm BST두께 mm
250 5 2 2 1
252 4 2 2 2
254 5 3 3 1
256 5 2 2 1
258 4 2 2 2
본 발명은 다수의 유전물질층이 사용될 수 있다는 것을 의도한다. 유전물질층은 비교적 얇기 때문에, 이러한 다층으로 된 패널을 형성하는 것은 비교적 용이하다.
도 23의 실시예(106L)는 페라이트로 된 층(220), 폴리머로 된 층(222), 페라이트로 된 제 2 층(224), 폴리머로 된 제 2 층(226) 및 페라이트로 된 제 3 층(228)을 포함하는 흡수재(106)를 나타낸다. 또다시, 상기한 임의의 페라이트 또는 폴리머가 사용될 수 있다. 도 26은 페라이트(220, 224 및 228)가 Ni0.4Zn0.6Fe2O4이고, 폴리머(222 및 226)가 표 5에 도시된 특성을 갖춘 폴리카보네이트인 흡수재에 대해 컴퓨터 시뮬레이팅된 주파수 대 dB 반사손실의 그래프를 도시한다. 각각의 곡선에 대한 각 층의 두께가 표 8에 주어졌다.
곡선번호 제 1페라이트두께 제 1폴리머두께 제 2페라이트두께 제 2폴리머두께 제 3페라이트 두께
260 2 2 2 2 2
262 2 2 1 3 2
264 2 3 1 3 1
266 1 3 2 3 1
268 2 3 1 2 2
도 24의 실시예(106M)는 n 페라이트/폴리머 층을 포함하며, 여기서 n은 1 보다 크고 바람직하게는 100 이하이다. 즉 기본 흡수재 엘리먼트 실시예(106M)은 페라이트 층(230) 및 폴리머 층(231)이다. 번호 1 로 나타낸 기본 흡수재 엘리먼트 실시예는 도시된 바와 같이 n번 반복된다. 바람직하게, 흡수재 엘리먼트1 내지 n의 전부 또는 하나가 다른 엘리먼트와 상이하게 제조되는 것을 의도할 지라도, 페라이트는 임의의 상기 페라이트일 수 있고 폴리머는 임의의 상기 페라이트일 수 있다. 도 27은 페라이트(230)가 Ni0.4Zn0.6Fe2O4이고, 폴리머(231)가 n=50, 표 5에 도시된 특성을 갖는 폴리카보네이트인 흡수재(106M)에 대해 컴퓨터 시뮬레이팅된 바와 같은 주파수 대 반사손실 dB의 그래프를 도시한다. 각각의 곡선에 대한 기본 흡수재 엘리먼트에 대한 폴리머(231) 및 페라이트(230)의 두께는 표 9에 주어졌다.
곡선 번호 페라이트 두께 ㎛ 폴리머 두께 ㎛
270 100 100
272 200 200
274 100 50
276 95 100
278 105 100
상기 모든 결과에 대한 분석은 최선의 흡수재(106)는 도 30에 도시된 실시예(106N)이다. 흡수재(106)는 고 유전상수 물질(300)과 저 유전상수 물질(304) 사이에서 샌드위칭된 고 μ" 물질(302) 이다. 바람직하게 고 유전상수 물질은 방사선(110)의 입사측에 최근접하며 저 유전상수 물질은 지지 구조체(100)와 금속 반사경(104)에 최근접한다. 바람직하게, 중간층(302)의 투자율의 허수부(μ")는 높을 뿐만 아니라, 투자율의 실수부(μ') 보다 높다. 바람직하게, 고 유전상수 물질은 100 이상인 유전상수를 가지며, 저 유전상수 물질은 5 이하인 유전상수를 가진다.
당업계에서 상기 개선은 경험 결과에 의한다. 일반적으로, 페라이트와 같은 몇몇 물질에 대한 양호한 결과는 이들 물질의 μ'에 기인한다. 그러나, 사용된 대부분의 물질은 결과를 설명할 수 있는 용이하게 식별할 수 있는 특성을 갖지 않으므로, 획득된 양호한 결과에 대한 설명을 발견하는 것이 곤란하다. 상기 결과 및 물질의 특성에 대해 주의 깊은 분석이 행해졌고, 양호한 특성을 갖는 몇몇은 1/4 파 플레이트의 원리와 관련된다는 것이 이해된다. 1/4 파 플레이트 흡수재에서, 파장의 1/4과 동일한 물질두께는 금속층과 같은 100% 반사기의 전면에 배치된다. 즉, 이 흡수 원리는,
(1) t = λeff/4
로 주어진 두께 대해서만 유효하고, 여기서 λeff= λ/(ε'μ')1/2이고 λ는 입사파의 파장이다. 우선, 사용된 물질은 전형적인 텔리비젼 주파수의 1/4 보다 매우 얇고, 식 (1)은 매우 좁은 범위의 파장에 대해서만 옳을 수 있으므로, 상기한 비교적 넓은 흡수에 적용될 수 없었던 것으로 여겨질 수 있다. 그러나, 고 유전상수 물질에서, 주어진 주파수의 파의 파장은 공기중에서 보다 짧다. 더욱이, 일정한 흡수재(106) 구조체에서, ε'μ'는,
(2) f = 1/(ε'μ')1/2
를 만족하는 주파수 함수이고, 여기서 파장이 λ인 파의 주파수이고, 상기 구조체는 식(2)가 참인 전체 주파수에 대해 양호한 흡수재가 된다. 만일 흡수재 구조체가 비교적 넓은 주파수 범위에 대해 식 (2)를 따르는 유효 ε'μ'를 갖는다. 즉, 만일 넓은 주파수 범위에 대해
(3) (ε'effμ'eff)1/2~ 1/f, 또는
(4) neff~ 1/f
이면, 여기서 neff는 유효 굴절율이고, 이 구조체는 양호한 흡수재가 될 것이다. 상기 표 4 및 표 5를 참조하면, 본 발명의 대다수의 물질은 μ'eff= 1, 또는 1에 매우 근접한다. 이러한 물질의 여럿으로 만들어 진 구조체도 μ'eff= 1, 또는 1에 매우 근접할 것이다.
이들 물질로 만들어 진 구조체 및 특정 주파수 범위에 대해
(5) (ε'eff)1/2~ 1/f
는 그 주파수 범위에 대해 양호한 흡수재가 될 것이다.
상기로 부터, 주파수 범위에 대해 주파수와 함께 감소하는 유효 ε'μ'를 갖거나, 또는 주파수 범위에 대해 주파수와 함께 감소하는 유효 유전상수를 가지며 이 범위에 대해 1 또는 거의 1 인 μ'를 갖는 임의의 물질 또는 구조체는 일반적으로, 두께가 식 (1)에 의해 주어진 두께에 근사하는 두께를 제공하는, 상기 범위의 적어도 일부분에 대해 양호한 흡수재가 될 것이다. 즉, ε'가 주파수와 함께 감소하고 1/4 파 관계식 (1)에 대해 범위가 증가한다는 사실은 거의 참이며, 따라서 상기 물질 또는 구조체가 유효한 1/4 파 플레이트가 되게 하는 범위를 증가시킬 것이다. 유효한 유전상수에서의 기울기는 이 범위에 대해 식 (5)에 근접할수록, 상기 구조체가 양호한 흡수재로 되게 할 구조체가 되는 범위는 증대할 것이다. 이러한 마음으로, 도 7 및 도 8의 검토는 니켈-아연 페라이트가 넓은 범위의 주파수에 대해, 특히 고 유전상수 물질과 결합될 때 양호한 흡수재인 이유를 나타낸다.
양호한 흡수를 제공하는 중요한 또다른 요인은 인접층의 임피던스 매칭이다. 즉, 인접층의 임피던스 매칭은 거의 동일해야 한다. 층이 패널(100)의 외부 표면에 최근사하는 관점에서, 이것은 임피던스가 1 또는 거의 1이어야 하는 것을 의미하는 데, 이는 공기의 임피던스가 1 이기 때문이다. 만일 인접층의 임피던스가 매우 상이하다면, 전자파는 두 층의 인터페이스에서 반사되는 경향을 나타낼 것이며, 내부 층은 흡수에 상당히 참여하지 않을 것이다. 임피던스는 z = ([μ'-iμ"]/ [ε'-iε"])1/2이다. 이것은 복소 수식인 반면에, 이것의 작용은 직관적으로 알기가 곤란하며, ε" 및 μ"는 반드시 손실이어야 함을 실현하므로써 간략화될 수 있으며, 따라서 (μ'/ε')1/2는 매칭되어야 할 주요 파라미터이다. 공기의 임피던스는 1 이다. 도 7 및 도 8은 거의 200MHz인 상당한 범위의 주파수에 대한 것을 도시하며, Ni0.4Zn0.6Fe2O9에 대해 μ' ≈ ε'이고, 따라서 (μ'/ε')1/2는 거의 1 이다. 이 페라이트도 이전 단락의 조건을 만족한다는 사실과 결합될 때, 이 사실은 이 물질이 양호한 흡수재인 이유를 지시한다.
상기로부터, 전자파 흡수 패널에 대한 양호한 설계방법이 설계될 수 있다. 먼저 주파수와 함께 감소하는 굴절율을 가지며 흡수될 것이 소망되는 주파수 범위 근처에서 주파수 범위에 대해 양호하게 흡수하는 배합물이 발견된다. 그후, 이 결합은 그 굴절율이 흡수범위를 확대하는, 식 (4)에 더욱 근사하도록 튜닝된다. 물질 및 물질의 상대두께는 소망된다면 피크 흡수 주파수를 편이시키도록 그리고, 가능한한 인접한 층의 임피던스를 매칭시키기 위해 튜닝될 수 있으며, 그후 반복적인 프로세스로, 최종 결합은 식 (4)에 더욱 근사하도록 또다시 튜닝될 수 있다.
감소하는 유전상수를 갖는 물질이 전면층으로서 즉, 입사 방사선(110)에 더욱 가까운 층으로서, 다층 흡수 시스템의 파 흡수 특성을 개선시키는 데 특히 유효하다는 것을 알게 되었다.
상기 설명에서, 다수의 실시예가 폴리머-세라믹 배합물에 포함된다. 이들 배합물의 제조 프로세스의 흐름도는 도 28에 도시되어 있다. 먼저 소망하는 세라믹 물질의 파우더(280), 폴리머 파우더(281) 및 이 폴리머를 용해시킬 용매(282)가 단계(284)에서 혼합된다. 예를들어, 폴리머가 BurlarTM이면, 적절한 용매는 테트라하이드로후란(THF)이다. 세라믹은 용체에 떠있는다. 최종 용체는 균징화될 때 까지 혼합되며, 그후 단계(286)에서 부어져서 몰딩된다. 조성물은 그후 적절한 시간 동안 적절한 온도로 경화된다. 예를들어, BurlarTM에 대해 적절한 온도는 실온이며 적절한 시간주기는 12 시간이다.
상기로부터 폴리머-세라믹 조성물은 종래의 흡수재에 비해 여러 이점을 갖는다. 이들은 경량이고, 실온에서 용이하게 제조될 수 있다. 이들은 상이한 특성을 갖는 강유전물질 및 페라이트, 또는 고 유전상수 물질과 페라이트와 같은 여러 물질의 조합을 용이하게 하며, 특정 반사도 문제에 대한 물질의 튜닝을 허용한다. 더욱이, 최종 흡수재(106)는 비교적 가요성이며, 취급 및 일반적인 구성을 더욱 용이하게 한다.
본 발명에 따른 흡수재(106)에 사용된 대다수의 유전물질, 강유전물질 페라이트등은 세라믹이다. 이들 세라믹 전부는 도 29에 도시된 흐름도에 나타낸 프로세스에 의해 만들어졌다. 단계(291)에서, 소망되는 세라믹 물질의 파우더(290)는 몰드의 내부에 배치된다. 바람직하게 몰드는 스테인리스 강으로 만들어 진다. 단계(292)에서, 파우더는 몰드에 평형상태로 압축되며, 바람직하게 제곱인치(PSI) 당 50,000 파운드의 압력으로 압축된다. 그후, 단계(296)에서, 세라믹은 몰드로부터 제거되어, 바람직하게 900℃ 내지 1100℃ 온도로 소결된다. 그후 샘플은 필요하다면 더욱 형성되었고, 테스팅되었다. 만일 테스팅이 유전물질 테스팅이면, 몰드로부터 제거되는 바와 같은 디스크 형상 샘플이 적절하였다. 자기 테스팅을 위해, 테스팅에 앞서 도우넛 형태에 구멍을 형성하기 위해 샘플에서 드릴링되었다.
본 발명의 특징은 본 발명에 따른 층을 이룬 흡수재가 종래 흡수재 보다 훨씬 덜 크고 덜 무겁다. 예를들어, 상기한 고 유전상수 물질의 바람직한 두께는 종래 기술의 페라이트의 바람직한 두께 보다 2 내지 10 배 얇다. 더욱이, BST와 같은 다수의 고 유전상수 물질은 날씨에 잘 견디는 경화된 세라믹이다. 따라서, 외부 보호 타일(109)은 제거되거나 얇은 두께 일 수 있다.
본 발명의 또다른 특징은 물질의 유전상수가 높을수록 물질은 더욱 얇아 질 수 있으며 다른 물질과의 결합에서 양호한 흡수율을 제공한다.
본 발명의 또다른 특징은 본 발명의 쿨질 및 구조체에 대해, 최적 흡수성능을 위한 임계두께는 tc이고, 일반적으로 이 임계두께에 대한 두께의 범위는 양호한 흡수성능이 될 것이다.
본 발명의 또다른 특징은 물질의 유효 유전상수가 식 (3)에 따르는 주파수 범위를 넓히는 기타 물질과 배합될 때, 주파수 함수로서 변화하는 유전상수, ε'를 갖는 물질이다.
본 발명의 또다른 특징은 본 발명의 거의 모든 실시예가 텔리비젼 범위내의 특정 주파수 및 고주파 라디오 파장으로 비교적 용이하게 튜닝될 수 있는 것이다. 이것은 각 실시예의 성분을 변동시키고, 각 성분의 두께를 변동시키거나 또는, 조성물 또는 고용체가 포함될 때, 각 성분의 양을 변동시키거나 상기 여러 사항에 의해 튜닝될 수 있다. 따라서, 본 발명의 흡수재 패널은 특정 건축장소에 대한 특정 전자기 환경문제를 해결하게 한다.
본 발명의 또다른 특징은 니켈-아연 페라이트가 흡수에 대해 최선의 페라이트이고 이 물질의 스토이키오메트릭 포뮬레이션이 가장 바람직하다. 니켈-아연 페라이트는 또한 마그네슘 또는 기타 금속으로 도핑될 수 있으며, 도핑되지 않은 페라이트는 텔리비젼주파수 범위에서 최선인 것으로 알려졌다.
본 발명의 또다른 특징은 저 유전상수 물질이 MHz 주파수 범위에서 양호한 흡수재가 아닐지라도, 페라이트와 금속 사이에서 샌드위치 층으로서 사용될 때, 이것들은 파 흡수 패널 시스템의 전체 흡수성능을 상당히 개선시킨다.
현재 본 발명의 바람직한 실시예로 고려되는 실시예가 설명되었지만, 본 발명은 본 발명의 본질적인 특징 및 정신으로부터 벗어나지 않고 구체화될 수 있음이 이해될 것이다.이제 본 발명의 다층으로 된 흡수재를 이용하는 이점이 설명되었으며, 이들 흡수재의 다양한 수정 및 변형이 고안될 수 있다. 그러므로 본 발명의 실시예는 예시적인 것이며 제한적일 것을 의도하지 않는다. 본 발명의 범위는 첨부된 특허청구범위에 의해 나타내 진다.

Claims (17)

  1. 빌딩지지 엘리먼트(102), 이 빌딩지지 엘리먼트에 의해 지지되는 흡수재 엘리먼트(106)를 포함하며 빌딩 건축에 사용하기 위한 전자파 흡수 패널(100)에 있어서,
    상기 흡수재 엘리먼트(106)는 제 1 층(166,186,210)과 제 2 층(170,182,216)을 포함하며, 상기 제 1 층은 페라이트를 포함하며 상기 제 2 층 보다 상기 전자파 흡수 패널상에서 전자파의 입사점에 더욱 가까이 위치되며, 상기 제 2 층은 고 유전상수 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 전자파 흡수 패널(100).
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 흡수재 엘리먼트(106)는 제 3층과 상기 제 2층 사이에 배치되고 LSM을 포함하는 제 4층(214)을 포함하는 것을 특징으로 하는 전자파 흡수 패널(100).
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 흡수재 엘리먼트(106)는 상기 제 1 층 보다 상기 전자파의 입사점으로부터 더욱 멀리 위치되며 저 유전상수 물질을 포함하는 제 3 층(168,212)을 포함하는 것을 특징으로 하는 전자파 흡수 패널(100).
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제 3층은 상기 제 1 층과 상기 제 2 층 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 전자파 흡수 패널(100).
  5. 빌딩지지 엘리먼트, 이 빌딩지지 엘리먼트에 의해 지지되는 흡수재 엘리먼트를 포함하며 빌딩 건축에 사용하기 위한 전자파 흡수 패널에 있어서,
    상기 흡수재 엘리먼트는 폴리머를 포함하는 제 1층(164, 168, 186, 192, 222)과 상기 폴리머 보다 고 유전상수를 갖는 물질을 포함하는 제 2층(160, 170, 188, 190, 220)을 포함하는 것을 특징으로 하는 전자파 흡수 패널.
  6. 빌딩지지 엘리먼트(102), 이 빌딩지지 엘리먼트에 의해 지지되는 반사 엘리먼트(104), 및 상기 빌딩지지 엘리먼트에 의해 지지되고 전자파 흡수 패널(100)상에서 상기 반사 엘리먼트 보다 전자파의 입사점에 더욱 근접하여 위치되는 흡수재 엘리먼트(106)를 포함하며, 빌딩 건축에 사용하기 위한 상기 전자파 흡수 패널(100)에 있어서,
    상기 흡수재 엘리먼트(106)는 페라이트를 포함하는 제 1 층(162,166,220)과 저 유전상수 물질을 포함하는 제 2 층(164,168,222)을 포함하며, 상기 제 2층은 상기 제 1 층 보다 상기 전자파의 입사점으로부터 더욱 멀리 떨어져 위치되는 것을 특징으로 하는 전자파 흡수 패널(100).
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 흡수재 엘리먼트(106)는 고 유전상수 물질을 포함하는 제 3층(160,170)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전자파 흡수 패널(100).
  8. 제 5 항 또는 제 6 항에 있어서,
    각각이 상기 제 1 층중의 하나(230) 및 상기 제 2 층중의 하나(231)를 포함하는 복수 개의 상기 흡수재 엘리먼트(106)가 있는 것을 특징으로 하는 전자파 흡수 패널(100).
  9. 제 8 항에 있어서,
    n개의 상기 흡수재 엘리먼트(160M)가 있으며, n은 2 내지 100 사이의 정수인 것을 특징으로 하는 전자파 흡수 패널(100).
  10. 일정 주파수 범위에 대해 유효하게 파를 흡수할 수 있고 다성분 흡수재 엘리먼트(106)를 포함하며, 빌딩건축에 사용을 위한 전자파 흡수 패널에 있어서,
    상기 다성분 흡수재 엘리먼트(106)는 일정 주파수 범위에 대해 (ε'effμ'eff)1/2~ 1/f 가 되는 유전율의 유효 실수부(ε')와 투자율의 유효 실수부(μ')를 가지며, 여기서 f는 입사파의 주파수인 것을 특징으로 하는 전자파 흡수 패널.
  11. 일정 주파수 범위에 대해 유효하게 파를 흡수할 수 있고 다성분 흡수재 엘리먼트(106)를 포함하며, 빌딩건축에 사용을 위한 전자파 흡수 패널에 있어서,
    상기 흡수재 엘리먼트는 일정 주파수에 대해 감소하는 유전율의 유효 실수부(ε')를 갖는 것을 특징으로 하는 전자파 흡수 패널.
  12. 빌딩 지지 엘리먼트와 이 빌딩 지지 엘리먼트에 의해 지지되고 고 유전상수 물질을 포함하는 흡수재 엘리먼트(112, 160, 170, 198)를 포함하며, 빌딩 건축에 사용을 위한 전자파 흡수 패널에 있어서,
    상기 고 유전상수 물질은 층을 이룬 초격자 물질, 시그닛 마그네틱스, 및 Z x BaTiO3+ (100% - Z) x BiFeO3로 이루어 진 군으로부터 선택되며, 여기서 Z는 100% > Z > 0% 인 것을 특징으로 하는 전자파 흡수 패널.
  13. 빌딩 지지 엘리먼트와 이 빌딩 지지 엘리먼트에 의해 지지되는 흡수재 엘리먼트(106)를 포함하며, 빌딩 건축에 사용을 위한 전자파 흡수 패널에 있어서,
    상기 흡수재 엘리먼트(106)는 가닛, 자기저항성 물질, 층을 이룬 초격자 물질, 마그네토플럼비트, 시그닛 마그네틱스, LSM, Fe3O4및 Ni0.4Zn0.6Fe2O4로 이루어 진 군으로부터 선택되는 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 전자파 흡수 패널.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 선택되는 물질은 이트륨 아이언 가닛을 포함하는 것을 특징으로 하는 전자파 흡수 패널.
  15. 제 13 항에 있어서,
    상기 자기저항성 물질은 La0.67Sr0.33MnO3, LaxCa(1-x)MnO3, 및 LaxPb(1-x)MnO3,로 이루어 진 군으로부터 선택되는 물질이고, 여기서 x는 0 < x < 1 인 것을 특징으로 하는 전자파 흡수 패널.
  16. 제 12 항 또는 제 13 항에 있어서,
    상기 흡수재 엘리먼트(176)는 상기 군으로부터 선택된 물질과 폴리머의 조성물을 포함하는 것을 특징으로 하는 전자파 흡수 패널.
  17. 제 12 항 또는 제 13 항에 있어서,
    상기 층을 이룬 초격자 물질은 스트론튬 비스무쓰 탄탈레이트, 스트론튬 비스무쓰 니오베이트, 스트론튬 비스무쓰 티타네이트, 스트론튬 비스무쓰 지르코네이트, 및 이것의 고용체를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자파 흡수 패널.
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