KR20180125339A - 돌출형 3차원 패턴 구조를 가지는 주파수 선택 표면 구조 - Google Patents

돌출형 3차원 패턴 구조를 가지는 주파수 선택 표면 구조 Download PDF

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Abstract

본 발명은 입사각에 따른 주파수 안정특성, 편파(TE편파, TM편파)에 따른 주파수 안정 특성이 우수하며, 제조가 용이한 3차원 패턴 구조를 가지는 주파수 선택 표면 구조에 관한 것이다.
상기 3차원 패턴 구조를 가지는 주파수 선택 표면 구조는, 기판으로 형성되는 기판부(10); 상기 기판부(10)의 면상에 격자 상으로 배치되는 다수의 돌기(110)들이 형성되는 돌기부(100); 및 상기 돌기(110)들의 표면에 형성되어 공진에 의해 주파수를 선택적으로 흡수하는 도체패턴(210)들을 가지는 도체패턴부(200);를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

Description

돌출형 3차원 패턴 구조를 가지는 주파수 선택 표면 구조{FREQUENCY SELECTIVE SURFACE STRUCTURE WITH EXTRUDED 3 DIMENSIONAL PATTERN STRUCTURE}
본 발명은 주파수 선택 표면 구조에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 입사각에 따른 주파수 안정 특성, 편파(TE편파, TM편파)에 따른 주파수 안정 특성이 우수하며, 제조가 용이하고, 제작비용을 절감시키는 3차원 패턴 구조를 가지는 주파수 선택 표면 구조에 관한 것이다.
최근 들어 주파수 선택 표면 구조(FSS, Frequency Selective Surface Structure)는 단위 셀로 선택한 구조의 기하학적인 모양뿐만 아니라, 단위 셀의 배열 형태 및 주기, 그리고 사용된 유전체 및 도체의 재질 특성 등에 따라 주파수 응답특성의 변화가 심하여, 사용자가 원하는 주파수 특성을 정확하게 얻기 위한 여러 가지 방법들이 연구되고 제안되어 왔다.
일반적으로, 주파수 선택구조란 사용자가 원하는 주파수를 선택적으로 통과 혹은 차단시킬 수 있도록 인공적으로 제작된 곡면 또는 평면의 3차원적 표면(surface)을 의미한다.
본 발명과 관련된 선행기술문헌으로는 대한민국 공개특허 제10-2006-0118813호가 있으며, 상기 선행기술문헌에는 공간 필터 설계 방법에 있어서, 주파수 선택 표면 구조(FSS, Frequency Selective Surface)의 단위 셀 구성 시, 사각형 모양 루프를 꼬불꼬불하게 적어도 한번 구부려, 꼬불꼬불하게 꺾인 사각형 모양 루프의 길이를 조정하는 단위 셀 구성 단계; 및 상기 FSS를 기하학적으로 동일한 단위 구조들의 배열(단위 셀 배열)로 구성하여 공진주파수를 튜닝하는 단위 셀 배열 단계를 포함하는 단일 주파수 대역 필터링을 위한 공간 필터 설계 방법이 개시되어 있다.
하지만, 선행문헌에는 2차원 표면 구조를 가지는 것에 의해 입사각에 따른 주파수 안정특성, 편파(TE편파, TM편파)에 따른 주파수 안정특성이 낮은 문제점을 가진다.
또한, 입사각 및 편파에 따른 주파수 안정특성을 얻고자 다수의 층을 구비하여 패턴을 형성하는 것에 의해 입체형 패턴을 구성하는 경우 비아홀을 형성한 후 도체 패턴을 형성하여야 하므로 제조가 어렵고 제조비용이 많이 소요되는 문제점을 가진다.
대한민국 공개특허 제10-2006-0118813호
따라서 본 발명은 상술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 격자 상으로 돌기를 형성한 후, 각각의 돌기에 주파수선택을 위한 도체 패턴을 형성함으로써 비아홀을 형성함이 없이 돌출형 3차원 패턴을 형성하도록 하는 것에 의해, 입사각 및 편파에 따른 주파수 안정특성을 향상시키면서도 제조가 용이하고 제조비용이 절감되는 돌출형 3차원 패턴 구조를 가지는 주파수 선택 표면 구조를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 돌출형 3차원 패턴 구조를 가지는 주파수 선택 표면 구조는,
기판으로 형성되는 기판부(10);
상기 기판부(10)의 면상에 격자 상으로 배치되는 다수의 돌기(110)들이 형성되는 돌기부(100); 및
상기 돌기(110)들의 표면에 형성되어 공진에 의해 주파수를 선택적으로 흡수하는 도체패턴(210)들을 가지는 도체패턴부(200);를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기 기판과 상기 돌기(110)들은,
유전율 2.16, 유전정접(tanδ) 0.005인 유전체로 형성될 수 있다.
상기 돌기(110)들은,
원뿔, 다각뿔, 원뿔대, 다각뿔대, 원기둥, 다각기둥, 하부는 원기둥이고 상부는 원뿔로 되는 기둥, 하부는 다각기둥이고 상부는 다각뿔로 되는 기둥, 하부는 원기둥이고 상부는 원뿔대로 되는 기둥 또는 하부는 다각기둥이고 상부는 다각뿔대로 되는 기둥 중 어느 하나로 형성될 수 있다.
상기 돌기(110)들은,
밑면의 지름 또는 가로와 세로가 높이와 같도록 형성될 수 있다.
상기 돌기(110)들은,
상기 기판의 상부에 상기 기판과 동일한 재질의 유전체 물질을 3D 프린팅에 의해 형성될 수 있다.
상기 도체패턴(210)은,
상기 돌기(110)들의 표면에 차폐대상 주파수에 대한 공진을 발생시키는 폭과 높이를 가지는 도전체를 3D 프린팅하는 것에 의해 형성될 수 있다.
상기 도체패턴(210)은,
모선의 길이가 차폐 대상 전자파 파장 λ의 0.51λ 내지 0.53λ의 길이를 가지도록 형성되어 돌기(110)의 수직 중심부에 띠를 형성하는 중앙패치 도체패턴(211);
모선의 길이가 차폐 대상 전자파 파장 λ의 0.63λ 내지 0.65λ의 길이를 가지도록 형성되어 돌기(110)의 수직 상부에 띠를 형성하는 상부패치 도체패턴(213); 또는
모선의 길이가 차폐 대상 전자파 파장 λ의 0.57λ 내지 0.59λ의 길이를 가지도록 형성되어 돌기(110)의 수직 하부에 띠를 형성하는 하부패치 도체패턴(215); 중 어느 하나로 형성될 수 있다.
상기 도체패턴(210)은,
차폐 대상 주파수에 대응하는 폭과 서로의 이격 간격을 가지도록 외주면의 둘레에 다단의 띠를 이루는 다단패치 도체패턴(217)으로 형성될 수 있다.
상술한 구성을 가지는 본 발명은, 격자 상으로 돌기를 형성한 후, 각각의 돌기에 주파수선택을 위한 도체 패턴을 형성함으로써 비아홀을 형성함이 없이 돌출형 3차원 패턴을 형성하도록 하는 것에 의해, 입사각 및 편파에 따른 주파수 안정특성을 향상시키면서도 제조가 용이하고 제조비용을 절감시키는 효과를 제공한다.
도 1은 본원 발명의 실시예에 따르는 주파수 선택 표면 구조(1)을 나타내는 도면.
도 2는 도 1의 돌기(110)의 실시예들을 나타내는 도면.
도 3은 중앙패치 도체패턴(211)을 가지는 돌기(110)를 나타내는 도면.
도 4는 본원 발명에 일 실시예에 따르는 중앙패치(middle patch) 도체패턴(211)의 상세 구성을 나타내는 도면.
도 5는 중앙패치 도체패턴(211)의 주파수 공진특성을 나타내는 그래프.
도 6은 상부패치 도체패턴(213)을 가지는 돌기(110)를 나타내는 도면.
도 7은 상부패치 도체패턴(213)의 주파수 공진특성을 나타내는 그래프.
도 8은 하부패치 도체패턴(215)을 가지는 돌기(110)를 나타내는 도면.
도 9는 하부패치 도체패턴(215)의 주파수 공진특성을 나타내는 그래프.
도 10은 다단패치 도체패턴(217)을 가지는 돌기(110)를 나타내는 도면.
하기에서 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다.
본 발명의 개념에 따른 실시 예는 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 본 명세서 또는 출원서에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명의 개념에 따른 실시 예를 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명은 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.
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 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하, 본 발명의 실시예를 나타내는 첨부 도면을 참조하여 본 발명을 더욱 상세히 설명한다.
도 1은 본원 발명의 실시예에 따르는 주파수 선택 표면 구조(1)을 나타내는 도면이고, 도 2는 도 1의 돌기(110)의 실시예들을 나타내는 도면이다.
도 1과 같이 돌출형 3차원 패턴 구조를 가지는 상기 주파수 선택 표면 구조(1)는, 기판으로 형성되는 기판부(10), 기판부(10)의 상부면에 형성되는 돌기(110)들로 구성되는 돌기부(100) 및 돌기(110)들의 표면에 형성되는 3차원 도체패턴(210)들로 구성되는 도체패턴부(200)을 포함하여 구성된다.
상기 기판은 유전체 물질로 제작된다. 상기 유전체는 유전율 2.16, 유전정접(tanδ) 0.005인 ABS(Acrylonitrile Butadiene Styrene) 등일 수 있다. 상기 기판의 돌기(110)들이 형성되는 표면의 반대 표면에는 상기 도체패턴(210)들과 접속되어 접지를 형성하는 도체층인 접지층이 형성될 수 있다.
상기 돌기(110)들은 상기 기판부(10)의 면상에 격자 상으로 배치된다. 상기 돌기(110)들은 도 2와 같이, 원뿔, 다각뿔, 원뿔대, 다각뿔대, 원기둥, 다각기둥, 하부는 원기둥이고 상부는 원뿔로 되는 기둥, 하부는 다각기둥이고 상부는 다각뿔로 되는 기둥, 하부는 원기둥이고 상부는 원뿔대로 되는 기둥 또는 하부는 다각기둥이고 상부는 다각뿔대로 되는 기둥 등으로 다양한 형상으로 형성될 수 있다. 그리고 상기 돌기(110)들은 밑면의 지름 또는 가로와 세로가 높이와 같도록 형성될 수 있다.
상기 돌기(110)들은 유전율 2.16, 유전정접(tanδ) 0.005인 ABS(Acrylonitrile Butadiene Styrene) 등의 기판을 형성하는 동일한 유전체로 기판의 표면상에 사출성형 또는 3D 프린팅에 의해 형성될 수 있다.
상기 도체패턴부(200)를 형성하는 도체패턴(210)들은 돌기(110)들의 표면에 차폐대상 주파수에 대한 공진을 발생시키는 폭과 높이를 가지는 도전체를 3D 프린팅하는 것에 의해 형성되어, 공진에 의해 주파수를 선택적으로 차폐하도록 구성된다. 이러한 도전패턴(210)들은 다양한 형태를 가질 수 있으며, 도 3 내지 도 10은 다양한 도체 패턴을 가지는 삼각뿔대 형상의 돌기(110) 및 주파수 공진특성을 나타낸다.
구체적으로, 도 3은 상기 중앙패치 도체패턴(211)이 형성된 돌기(110)의 사시도 및 평면도를 나타내는 도면이고, 도 4는 본원 발명에 일 실시예에 따르는 중앙패치(middle patch) 도체패턴(211)의 상세 구성을 나타내는 도면이며, 도 5는 중앙패치 도체패턴(211)의 주파수 공진특성을 나타내는 그래프이다.
도 3과 같이, 상기 중앙패치 도체패턴(211)은 모선의 길이가 차폐 대상 전자파의 파장 λ의 0.51λ 내지 0.53λ의 길이를 가지도록 형성되어 돌기(110)의 수직 중심부에 띠를 이루며 형성된다.
도 4의 경우, 상기 돌기(110)은 사각뿔대의 형상인 것을 예로 도시하였다. 이때, 돌기(110)의 밑면의 가로와 세로의 길이 및 높이는 10mm가 되고, 상기 중앙패치 도체패턴(211)은 돌기(110)의 중앙부에서 모선의 길이가 4mm를 가지는 띠로 형성된다.
상술한 도 4의 돌기(110)들로 구성되는 돌기부(100)를 가지는 주파수 선택 표면 구조의 경우 도 5와 같이, 15.82GHz의 TE편파와 15.72GHz의 TM편파와 공진되어 각각의 편파들을 선택적으로 차단하게 된다.
도 6은 상부패치(top patch) 도체패턴(213)을 가지는 돌기(110)의 사시도와 평면도를 나타내는 도면이다.
도 6과 같이, 상기 상부패치 도체패턴(213)은 모선의 길이가 차폐 대상 전자파 파장 λ의 0.63λ 내지 0.65λ의 길이를 가지도록 형성되어 돌기(110)의 수직 상부에 띠를 이루도록 도체 물질을 이용한 3D 프린팅에 의해 형성된다.
도 7은 상부패치 도체패턴(213)의 주파수 공진특성을 나타내는 그래프이다.
도 7과 같이, 상기 도 6의 상부패치 도체패턴(213)을 가지는 돌기(110)들을 포함하는 주파수 선택 표면 구조는 19.31GHz의 TE편파와 19.27GHz의 TM편파와 공진되어 각각의 편파들을 선택적으로 차단하게 된다.
도 8은 하부패치(bottom patch) 도체패턴(215)을 가지는 돌기(110)의 사시도와 평면도를 나타내는 도면이다.
도 8과 같이, 상기 하부패치 도체패턴(215)는 모선의 길이가 차폐 대상 전자파 파장 λ의 0.57λ 내지 0.59λ의 길이를 가지도록 형성되어 돌기(110)의 수직 하부에 띠를 이루도록 도체 물질을 이용한 3D 프린팅에 의해 형성된다.
도 9는 하부패치 도체패턴(215)의 주파수 공진특성을 나타내는 그래프이다.
도 9와 같이, 상기 도 8의 하부패치 도체패턴(215)을 가지는 돌기(110)들을 포함하는 주파수 선택 표면 구조는 17.53GHz의 TE편파와 17.52GHz의 TM편파와 공진되어 각각의 편파들을 선택적으로 차단하게 된다.
도 10은 다단패치 도체패턴(217)을 가지는 사각뿔대 형태의 돌기(110)의 사시도와 평면도를 나타내는 도면이다.
도 10과 같이, 본 발명의 도체 패턴은 차폐 대상 주파수에 대응하는 폭과 서로의 이격 간격(218)을 가지도록 외주면의 둘레에 다단의 띠를 이루는 다단패치 도체패턴(217)으로 형성될 수도 있다.
상기에서 설명한 본 발명의 기술적 사상은 바람직한 실시예에서 구체적으로 기술되었으나, 상기한 실시예는 그 설명을 위한 것이며 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 또한, 본 발명의 기술적 분야의 통상의 지식을 가진자라면 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
1: 주파수 선택 표면 구조 10: 기판부
100: 돌기부 110: 돌기
200: 도체패턴부 210: 도체패턴
211: 중앙패치 도전패턴 213: 상부패치 도전패턴
215: 하부패치 도전패턴 217: 다단패치 도전패턴

Claims (8)

  1. 기판으로 형성되는 기판부(10);
    상기 기판부(10)의 면상에 격자 상으로 배치되는 다수의 돌기(110)들이 형성되는 돌기부(100); 및
    상기 돌기(110)들의 표면에 형성되어 공진에 의해 주파수를 선택적으로 흡수하는 도체패턴(210)들을 가지는 도체패턴부(200);를 포함하여 구성되는 주파수 선택 표면 구조.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 기판과 상기 돌기(110)들은,
    유전율 2.16, 유전정접(tanδ) 0.005인 유전체로 형성되는 주파수 선택 표면 구조.
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 돌기(110)들은,
    원뿔, 다각뿔, 원뿔대, 다각뿔대, 원기둥, 다각기둥, 하부는 원기둥이고 상부는 원뿔로 되는 기둥, 하부는 다각기둥이고 상부는 다각뿔로 되는 기둥, 하부는 원기둥이고 상부는 원뿔대로 되는 기둥 또는 하부는 다각기둥이고 상부는 다각뿔대로 되는 기둥 중 어느 하나로 형성되는 주파수 선택 표면 구조.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 돌기(110)들은,
    밑면의 지름 또는 가로와 세로가 높이와 같도록 형성되는 주파수 선택 표면 구조.
  5. 청구항 1에 있어서, 상기 돌기(110)들은,
    상기 기판의 상부에 상기 기판과 동일한 재질의 유전체 물질을 3D 프린팅에 의해 형성되는 주파수 선택 표면 구조.
  6. 청구항 1에 있어서, 상기 도체패턴(210)은,
    상기 돌기(110)들의 표면에 차폐대상 주파수에 대한 공진을 발생시키는 폭과 높이를 가지는 도전체를 3D 프린팅하는 것에 의해 형성되는 주파수 선택 표면 구조.
  7. 청구항 1에 있어서, 상기 도체패턴(210)은,
    모선의 길이가 차폐 대상 전자파 파장 λ의 0.51λ 내지 0.53λ의 길이를 가지도록 형성되어 돌기(110)의 수직 중심부에 띠를 형성하는 중앙패치 도체패턴(211);
    모선의 길이가 차폐 대상 전자파 파장 λ의 0.63λ 내지 0.65λ의 길이를 가지도록 형성되어 돌기(110)의 수직 상부에 띠를 형성하는 상부패치 도체패턴(213); 또는
    모선의 길이가 차폐 대상 전자파 파장 λ의 0.57λ 내지 0.59λ의 길이를 가지도록 형성되어 돌기(110)의 수직 하부에 띠를 형성하는 하부패치 도체패턴(215); 중 어느 하나로 형성되는 주파수 선택 표면 구조.
  8. 청구항 1에 있어서, 상기 도체패턴(210)은,
    차폐 대상 주파수에 대응하는 폭과 서로의 이격 간격을 가지도록 외주면의 둘레에 다단의 띠를 이루는 다단패치 도체패턴(217)으로 형성되는 주파수 선택 표면 구조.
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