KR20030014787A - Wide-band ferrite electromagnetic wave absorber - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 광대역 페라이트 전파흡수체에 관한 것이며, 특히 페라이트 자성체로 구성되는 전파흡수체의 광대역화에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a wideband ferrite radio wave absorber, and more particularly, to widening of a radio wave absorber composed of a ferrite magnetic material.
광대역 페라이트 전파흡수체는 전자기기의 전자파방해시험, 안테나 특성시험 등에 이용되는 전파암실이나, 건물, 교량 등의 건축물 또는 구조물로부터의 전파반사에 의한 TV와 레이더의 장해방지를 위하여 설치되는 벽재 등으로 널리 이용되는 것이다.Broadband ferrite absorbers are widely used in radio darkrooms used for electromagnetic interference tests and antenna characteristic tests of electronic devices, and wall materials installed to prevent interference of TVs and radars by radio wave reflections from buildings or structures such as buildings and bridges. It is used.
종래 자성체인 소결 페라이트로 구성된 전파흡수체는 5 ∼ 8 mm 정도의 얇은 두께로 예를 들면 30 MHz 정도의 저주파수의 전파도 흡수하는 뛰어난 특성을 가지고 있으므로 소결 페라이트 자성체를 이용한 전파흡수체는 전자기기로부터의 방사전파를 측정하기 위한 전파암실이나 건물에 의한 전파의 반사를 방지하기 위한 벽재로서 널리 사용되고 있다.A radio wave absorber composed of a sintered ferrite, which is a conventional magnetic material, has an excellent characteristic of absorbing low frequency radio waves of, for example, 30 MHz with a thin thickness of about 5 to 8 mm, and therefore, a radio wave absorber using a sintered ferrite magnetic material radiates from electronic devices. It is widely used as a wall material for preventing reflection of radio waves by radio dark rooms for measuring radio waves and buildings.
한편, 자성체 층으로 된 전파흡수체를 광대역화 하는 기술로서, 예를 들면 타일상의 페라이트 자성체를 공기층으로 띄워서(실제로는 발포 폴리우레탄판을 이용하여 전파반사판으로부터 띄워서) 배치하는 기술이 제안되어 있다. 이 기술의 예를 들면, 높이(타일 설치면과 수직 방향의 두께) 7 mm 의 NiZn 계 페라이트 타일을 반사판으로부터 10 mm 의 공기층을 개재시켜 즉 전체의 높이를 반사판으로부터 17mm 로 하여 배치하면 300 MHz ∼ 800 MHz 의 전파에 대하여 반사감쇠량 20 dB 이하의 전파흡수체가 얻어지게 된다.On the other hand, as a technique for widening a radio wave absorber made of a magnetic layer, for example, a technique has been proposed in which a tile-like ferrite magnetic body is floated in an air layer (actually, floated from a radio wave reflector using a foamed polyurethane plate). For example of this technique, a NiZn-based ferrite tile having a height (thickness of the tile mounting surface and the vertical direction) of 7 mm may be placed between 300 MHz and 17 mm with an air layer of 10 mm from the reflecting plate, that is, the total height of 17 mm from the reflecting plate. A radio wave absorber having a reflection attenuation of 20 dB or less can be obtained for a radio wave of 800 MHz.
일반적으로 전파흡수체의 표면에서 전파의 반사계수를 S 라고 하면, 전파흡수체의 전력흡수계수는 식(1)과 같이 표시된다.In general, if the reflection coefficient of the radio wave is S on the surface of the radio absorber, the power absorption coefficient of the radio absorber Is represented by equation (1).
(1) (One)
따라서,가 작을수록 특성이 좋은 전파흡수체라고 할 수 있으며, 일반적으로 전파흡수체 특성평가의 한 척도로therefore, The smaller the value is, the better the radio absorber has.
(2) (2)
즉, 반사감쇠량(-20 log S)을 20 dB이하, 흡수계수 ≥ 0.99 를 채용하고 있다.That is, the reflection attenuation amount (-20 log S) is 20 dB or less and an absorption coefficient ≥ 0.99 is adopted.
가장 기본적인 페라이트 전파흡수체는 도 9에 도시한 바와 같이 반사판(M)위에 타일상의 페라이트 자성체(F)를 부착한 구조로 되어 있으며, 상기 구조를 가진 전파흡수체의 흡수 특성은 도 10과 같이 된다.As shown in FIG. 9, the most basic ferrite wave absorber has a structure in which a ferrite magnetic material F in a tile is attached to the reflecting plate M, and the absorption characteristics of the wave absorber having the above structure are as shown in FIG.
도 10에서 횡축은 주파수(f)를, 종축은 반사계수를 나타내며, 도 10에서=0.1 로 되는 하한 및 상한주파수를 각각 fL및 fH로 하면, 도면에서 알 수 있는 바와 같이=0.1 을 만족하는 주파수 대역폭(B)은 식(3)으로 표시된다.In Figure 10, the axis of abscissas is frequency f, and the axis of ordinates is reflection coefficient. In FIG. 10, If the lower limit and the upper limit frequency of = 0.1 are f L and f H , respectively, as can be seen from the figure The frequency bandwidth B that satisfies = 0.1 is represented by equation (3).
B = fH -fL(3)B = f H- f L (3)
이 대여폭(B)에 대하여 이미 많은 연구가 되어 있으며, 예를 들면 (A)하한주파수(fL)을 30 MHz 가 되도록 하는 경우에 이용되는 페라이트는 모두 소결형으로NiZn 계나 MnZn 계의 것으로서, 이와 같이 하면 일반적으로 상한주파수(fH)는 300 MHz ∼ 400 MHz 로 된다.A lot of research has already been carried out on the rental width (B). For example, (A) Ferrites used in the case where the lower limit frequency (f L ) is set to 30 MHz are all sintered and are of NiZn or MnZn type. In general, the upper limit frequency f H is set to 300 MHz to 400 MHz.
(B)하한주파수(fL)를 90 MHz 가 되도록 하는 경우에 이용되는 페라이트는 모두 소결형으로 NiZn 계나 MnZn 계의 것으로서, 이와 같이 하면 일반적으로 상한주파수(fH)는 350 MHz ∼ 520 MHz 로 된다.(B) The ferrites used when the lower limit frequency (f L ) is 90 MHz are all sintered and of NiZn type or MnZn type. In this case, the upper limit frequency (f H ) is generally 350 MHz to 520 MHz. do.
하나의 응용으로서, 전파흡수체를 상기한 전자기기로부터의 방사전파를 측정하기 위한 전파암실의 벽재에 적용하는 경우는 fL= 30 MHz 이고, fH는 1998년 국제 무선장해 특별위원회(Comite Internationale Special des Perturbations Radioelectrique)Ⅱ에서 20 GHz를 규제범위로 하고 있음으로 상기(A)의 경우 상한 주파수(fH)가 낮고, (B)의 경우 역시 상한 주파수(fH)가 낮다. 또 건물로부터의 TV 전파의 반사를 방지하기 위한 벽재의 경우에 일본에서는 fL= 90 MHz, fH= 800 MHz가 요구되고 있어(B)의 전파흡수체 역시 특성이 불충분하다.As an application, when applying a radio wave absorber to a wall of a radio darkroom for measuring radio waves from the above-mentioned electronic equipment, f L = 30 MHz and f H is the 1998 International Special Committee on Radio Interference. In the case of (A), the upper limit frequency (f H ) is low, and in the case of (B), the upper limit frequency (f H ) is also low because the des Perturbations Radioelectrique (II) has a regulatory range of 20 GHz. In addition, f L = 90 MHz and f H = 800 MHz are required in Japan in the case of wall materials for preventing reflection of TV radio waves from buildings, and the radio absorber of (B) also has insufficient characteristics.
그래서 전파흡수체를 개량하고자 하는 다양한 시도가 제안되어 왔으며, 소결페라이트만으로 구성되는 최근의 전파흡수체의 광대역화의 예로 반사판위에 페라이트를 격자상으로 배치한 전파흡수체가 미국특허 제 5,276,448 호로 본 발명자의 일부에 의하여 제안되었으며, 상기 격자형 전파흡수체는 fL= 30 MHz, fH= 800 MHz 가 얻어진다.Therefore, various attempts have been made to improve the radio wave absorber, and as an example of the recent widening of the radio wave absorber composed only of sintered ferrite, a radio wave absorber in which a ferrite is disposed in a lattice form on a reflector is disclosed in US Patent No. 5,276,448. The lattice wave absorber is obtained by f L = 30 MHz, f H = 800 MHz.
또한 소결페라이트만으로 구성되는 전파흡수체의 광대역화의 예로 반사판위에 타일상 페라이트 자성체를 배치하고, 상기 타일상 페라이트 자성체위에 일정 간격으로 격자상으로 반복하여 배치되는 동일 두께의 페라이트 자성체를 중첩시켜서 상기 페라이트 자성체에 높이 방향을 따라 슬로트를 형성한 전파흡수체가 특허 제 144802 호로 본 발명자에 의하여 제안되었으며, 상기 전파흡수체는 fL= 30 MHz, fH= 1000 MHz 가 얻어진다.In addition, as an example of widening of a radio wave absorber composed of only sintered ferrite, a tile-like ferrite magnetic material is disposed on a reflecting plate, and a ferrite magnetic material of the same thickness that is repeatedly arranged in a lattice form at regular intervals on the tile-like ferrite magnetic material is overlapped with the ferrite magnetic material. A radio wave absorber in which slots are formed along a height direction at the height thereof is proposed by the present inventors in Patent No. 144802, which obtains f L = 30 MHz and f H = 1000 MHz.
그러나 상기한 전파흡수체의 전파흡수 특성은 건물의 벽재용은 충족되나 전파 암실용은 상기 규제범위 보다 현저히 낮고, 또한 구조 일부의 페라이트의 두께를 비교적 얇게 제작하고 또한 슬로트의 폭 및 두께도 작게 제작하여야 하는 경우가 있어서 실제 제조시 전체 구조를 일체로 성형할 경우 금형에 재료를 주입할 때에 재료 흐름을 불량, 성형품의 금형이탈 불량, 성형압력의 불균일 등으로 인하여 소결시에 변형하거나 깨어짐이 발생하기 쉽고, 제조 조건 설정의 곤란 등으로 제조비가 상승하게 되는 것이다. 특히 최근에는 전자파 환경(EMI/EMC)에 대한 관심이 높아지면서 전파흡수체도 광대역화가 요망되고 있으며, 앞으로 전자파 환경등에 이용될 주파수는 보다 높은 주파수가 될 것이므로 상기한 fH는 필연적으로 높아질 것이다.However, the radio wave absorption characteristics of the radio wave absorber are satisfied for the wall material of the building, but the radio dark room is significantly lower than the above-regulated range, and the ferrite of a part of the structure is made relatively thin, and the width and thickness of the slot are also small. In case that the whole structure is integrally molded during actual manufacturing, the material flow may be deformed or broken during sintering due to poor material flow, poor mold release of the molded product, uneven molding pressure, etc. when the material is injected into the mold. It is easy, and manufacturing cost rises due to difficulty of setting manufacturing conditions. In particular, as interest in the electromagnetic environment (EMI / EMC) has recently increased, the radio wave absorber is also required to be widened, and in the future, the frequency to be used in the electromagnetic environment will be higher, so the above f H will inevitably increase.
본 발명은 상기한 실정을 감안하여, 전파흡수체의 광대역화 요망에 부응하고, 제조 조건의 설정이 양호하여 보다 경제적으로 제조할 수 있는 광대역 페라이트 전파흡수체를 제공하는 것을 목적으로 한다.SUMMARY OF THE INVENTION In view of the above circumstances, an object of the present invention is to provide a broadband ferrite radio wave absorber which can be manufactured more economically in accordance with the demand for widening of the radio wave absorber and having good setting of manufacturing conditions.
상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 반사판위에 타일상 페라이트 자성체를 배치하고, 상기 타일상 페라이트 자성체위에 일정 간격의 종횡으로 절단원추기둥형 돌기상 페라이트 자성체를 배치하며, 절단위추기둥형 돌기상 페라이트 자성체 위에 반구형 페라이트 자성체를 배치하여서 전체적으로 3층 구조로 형성한 것이다.In order to achieve the above object, the present invention arranges a tile-like ferrite magnetic material on the reflecting plate, and arranges the cutting-conical columnar protrusion-like ferrite magnetic material on the tile-like ferrite magnetic material in a longitudinal and horizontal direction at a predetermined interval, and the cutting-wistle columnar stone The hemispherical ferrite magnetic body is disposed on the vapor phase ferrite magnetic body to form a three-layer structure as a whole.
본 발명은 반사판위에 타일상과 절단원추기둥형 돌기상 흡수층을 수직으로 연속하여 배치한 전파흡수체에 관계되는 것으로서, 전기 정수를 변화시키는 수단으로서는 돌기의 형상 변화에 의하여 돌기를 들여다 보는 등가 투자율 및 등가 유전율을 요구되는 설정치로 제어하는 것이다. 즉 돌기의 간격, 높이 및 폭의 직경을 조절하므로서 그 돌기의 등가 투자율 및 등가 유전율을 변화시킬 수 있도록 한 것이다.The present invention relates to a radio wave absorber in which a tile-like and a cutting cone-shaped protrusion-absorbing layer are disposed vertically and successively on a reflecting plate. As means for changing the electric constant, an equivalent permeability and an equivalent permeability to look at the protrusion by the shape change of the protrusion. The permittivity is controlled to the required set point. In other words, by adjusting the diameter of the gap, height and width of the projections it is possible to change the equivalent permeability and equivalent permittivity of the projections.
특히 페라이트 자성체는 돌기를 일정 간격의 종횡으로 형성하므로서 성형성이 양호하고 제조가 용이하게 되는 것이다. 그리고 페라이트 자성체로서는 NiZn 계나 MnZn 계 등의 것을 사용할 수 있으며, 소결형이 바람직하다.In particular, the ferrite magnetic material is formed by the projections in the vertical and horizontal direction at a predetermined interval is good moldability and easy to manufacture. And as a ferrite magnetic body, things, such as a NiZn system and MnZn system, can be used, A sintering type is preferable.
도 1은 본 발명에 의한 전파흡수체의 사시도1 is a perspective view of a radio wave absorber according to the present invention
도 2는 본 발명에 의한 전파흡수체의 평면도2 is a plan view of a radio wave absorber according to the present invention;
도 3은 본 발명에 의한 전파흡수체의 측면도3 is a side view of a radio wave absorber according to the present invention;
도 4는 본 발명에 의한 전파흡수체의 합성용량 단위구조도Figure 4 is a unit structure diagram of the synthetic capacity of the radio wave absorber according to the present invention
도 5는 도 4의 합성용량 모델도5 is a synthetic capacity model of FIG.
도 6은 본 발명에 의한 전파흡수체의의 합성인덕턴스 단위구조도6 is a diagram illustrating a unit structure of synthetic inductance of a radio wave absorber according to the present invention.
도 7은 도 6의 합성인덕턴스 모델도7 is a synthetic inductance model of FIG.
도 8은 전파가 수직으로 입사한 경우의 전파흡수체의 측면도8 is a side view of a radio wave absorber when a radio wave is incident vertically;
도 9는 본 발명에 의한 전파흡수체의 흡수특성도9 is an absorption characteristic diagram of a radio wave absorber according to the present invention.
도 10은 전파흡수체의 주파수 특성10 is a frequency characteristic of a radio wave absorber
<도면의 주요부분에 사용된 부호의 설명><Description of the code used in the main part of the drawing>
M : 반사판F : 페라이트 자성체 Cu : 단위구조M: Reflector F: Ferrite Magnetic Cu: Unit Structure
a : 절단원추기둥형 동기의 간격a: spacing of cutting cone column sync
2r, 2R : 절단원추기둥형 돌기의 상ㆍ하변의 직경2r, 2R: diameter of upper and lower sides of cutting cone column
h1, h2, h3: 전파흡수체 각층의 높이h 1 , h 2 , h 3 : height of each wave absorber layer
|S| : 반사계수,| S | = Reflection coefficient,
본 발명은 도 1 내지 도 3에 도시한 바와 같이 M은 반사판, F는 페라이트 자성체, Cu는 전파흡수층을 구성하는 단위구조(단위 셀)를 나타내며, 본 발명의 전파흡수층은 상기 단위구조(Cu)를 서로 접촉한 상태로 소요면적이 되도록 동일 평면상에 나란히 배치하여 구성하는 것이다.1 to 3, M represents a reflector, F represents a ferrite magnetic material, and Cu represents a unit structure (unit cell) constituting a radio wave absorption layer, and the radio wave absorption layer of the present invention has the unit structure (Cu). Are arranged side by side on the same plane to the required area in contact with each other.
본 발명은 반사판(M)위에 제 1 층인 타일상 페라이트 자성체를 배치하고, 상기 제 1 층위에 제 2 층인 절단윈추기둥형 돌기상 페라이트 자성체를 동일간격(a)의 종횡으로 배치함과 아울러 제 1 층, 제 2 층, 제 3 층의 높이 h1,h2,h3와 제 2 층의 상ㆍ하변의 직경 2r, 2R 및 투자율과 유전율을 조절하여 등가 투자율 및 등가 유전율을 변화시킬 수 있도록 한 것이다.According to the present invention, a tile-like ferrite magnetic body, which is a first layer, is disposed on the reflecting plate M, and a cutting winch columnar protrusion-like ferrite magnetic body, which is a second layer, is disposed on the first layer in the longitudinal and horizontal directions at the same interval (a). The heights h 1 , h 2 , h 3 of the layer, the second layer, and the third layer, the diameters 2r, 2R of the upper and lower sides of the second layer, and the permeability and permittivity are adjusted so that the equivalent permeability and equivalent permittivity can be changed. will be.
본 발명은 제 1 층, 제 2 층 및 제 3층은 일체로 성형하여 제조하였으나 도면에서는 구분을 용이하게 하기 위하여 제 1 층 및 제 2 층을 분리하여 도시하였고, 또한 페라이트 자성체(F)의 단위구조(Cu)를 도 2의 가상선으로 도시하며, 그 단위구조(Cu)는 등가재료 정수계산 모델을 이용하여 도 4 및 도 6에 도시한 합성용량 및 합성인덕턴스 단위구조도를 만들 수 있으며, 제 2 층은 상변으로 갈수록 직경만 감소될 뿐 단면구조는 동일하므로 그 높이를 30개 이상의 단면층으로 등분한 변수(n)와 임의의 두께(Δt)를 도입하여서 등가 유전율() 및 등가 투자율()은 도 5 및 도 7의 합성용량 및 합성인덕턴스 모델도에 의하여 구할 수 있다.In the present invention, the first layer, the second layer, and the third layer are manufactured by integrally molding, but the first layer and the second layer are separately shown in the drawings to facilitate separation, and the unit of the ferrite magnetic body (F). The structure Cu is shown by the imaginary line of FIG. 2, and the unit structure Cu may be made of the synthetic capacity and the synthetic inductance unit structure diagrams shown in FIGS. 4 and 6 by using an equivalent material integer calculation model. As the two layers are reduced in diameter only to the top side, the cross-sectional structure is the same, so that the equivalent dielectric constant (n) and the arbitrary thickness (Δt) obtained by dividing the height into 30 or more cross-sectional layers are introduced. ) And equivalent permeability ( ) Can be obtained according to the synthetic capacitance and synthetic inductance model diagrams of FIGS. 5 and 7.
본 발명의 제 1 층은 타일상으로 형성되어 있으므로 등가 유전율()은Since the first layer of the present invention is formed in a tile shape, the equivalent dielectric constant ( )silver
(4) (4)
이고, 등가투자율()은 아래와 같다., Equivalent permeability ( ) Is shown below.
제 2 층은 도 5 및 도 7에 의하여 아래식과 같이 구할 수 있다.The second layer can be obtained by the following equations by FIGS. 5 and 7.
(6) (6)
(7) (7)
제 3 층의 경우 등가 유전율()과 등가투자율()은 식 (6)과 식(7)과 같으며, 단지 상층부로 올라감에 따른 n-영역 반지름의 표현만 바뀌에 된다.For the third layer, the equivalent dielectric constant ( ) And equivalent permeability ( ) Is the same as Eq. (6) and Eq. (7). Only expression of is changed.
< 실시예 ><Example>
페라이트 자성체(F)는 모두 NiZn 계 소결페라이트이고, 그 비유전율, 비투자율인 것을 사용하고, 제 1 층의 높이(h1)는 6.5 mm, 제 2 층의 높이(h2)는 18 mm, 제 3 층의 높이(h3)는 3.5 mm이며, 제 2 층의 하변의 직경(2R)은 18 mm, 상변의 직경(2r)은 7mm, 절단원추기둥형 돌기상 페라이트 자성체의 간격(a)은 20 mm로 설계하였다.Ferrite magnetic body (F) is all NiZn-based sintered ferrite, the relative dielectric constant , Specific permeability The height h 1 of the first layer is 6.5 mm, the height h 2 of the second layer is 18 mm, the height h 3 of the third layer is 3.5 mm, and the lower side of the second layer is The diameter of 2R is 18 mm, the diameter of the upper side (2r) is 7mm, and the spacing (a) of the cutting cone-shaped projection ferrite magnetic body is 20 mm.
본 실시예의 전파흡수 특성은 도 8에서와 같이 페라이트 표면에서 반사판 방향으로 수직입사한 전파에 대하여 도 9와 같은 특성이 얻어졌으며, 30 MHz ∼ 20 GHz 에 이르는 주파수 범위에서 20 dB 이상의 반사감쇠량이 얻어졌다.As shown in Fig. 8, the radio wave absorption characteristics of the present embodiment were obtained with respect to the radio wave vertically incident from the ferrite surface in the direction of the reflector, and the reflection attenuation amount of 20 dB or more was obtained in the frequency range of 30 MHz to 20 GHz. lost.
이상과 같이 본 발명은 반사판 위에 타일상 페라이트 자성체를 배치하고, 그 위에 일정 간격의 종횡으로 절단원추기둥형 돌기상 페라이트 자성체를 배치하므로서 페라이트 자성체의 제조조건 설정이 양호하기 때문에 저렴한 비용으로 제조할 수 있고, 또한 등가 투자율 및 등가 유전율의 변화를 소망하는 값으로 용이하게 제어할 수 있으므로 건물의 벽재용은 물론 특히 전파 암실용에 적합한 초광대역 전파흡수 특성을 발휘할 수 있는 것이다.As described above, the present invention can be manufactured at low cost because the ferrite magnetic material is disposed on the reflecting plate, and the ferrite magnetic material is arranged in a vertically and horizontally at a predetermined interval thereon. In addition, since the change in the equivalent permeability and the equivalent permittivity can be easily controlled to a desired value, it is possible to exhibit the ultra-wideband wave absorption characteristics suitable for wall materials of buildings as well as radio wave dark rooms.
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