KR20220013114A - 레이돔용 파형 전파투과 히터 - Google Patents

Abstract

본 발명은 기판, 상기 기판의 일 측부 및 상기 일 측부에 대향되는 타 측부에 서로 평행하게 형성된 전극 및 일 단이 상기 일 측부에 연결되고, 타 단이 상기 타 측부에 연결되며, 전도성 물질로 형성된 굴곡 발열부를 포함하고, 상기 굴곡 발열부는, 상기 전극과 평행한 직선부 및 상기 직선부와 연결되는 곡선부가 단위 구조를 이루고, 상기 단위 구조가 연속적으로 이어져 형성된 것을 특징으로 하는 레이돔용 파형 전파투과 히터로서, 본 발명에 의하면, 기판에 증착되는 전도성 물질의 형상을 제어하여 전파투과와 발열특성을 동시에 부여할 수 있다.

Description

레이돔용 파형 전파투과 히터{WAVEFORM RADIO WAVE TRANSPARENCY HEATER FOR A RADOME}

본 발명은 전파 투과가 가능한 히터에 관한 것으로서, 더 상세하게는 기판에 증착되는 전도성 물질의 기하학적 형상 제어를 통해 발열 특성을 가지면서 RF(Radio Frequency)대역 전파는 투과시키는 히터 구현에 관한 것이다.

무선 통신은 주파수대역 300GHz 이하의 무선주파수(Radio Frequency: RF) 전자기파를 이용한 원격 통신을 일컫는 말로서, 현재 산업 전반에 걸쳐 광범위하게 사용되고 있다.

이러한 대역의 전파는 원활하게 투과시키면서, 외부 환경으로부터 무선 통신용 레이다 및 안테나를 보호하기 위해 차량, 항공기, 함정 등에 적용되는 레이돔(radome)은 일반적으로 세라믹, 유리 또는 탄소섬유 등의 소재로 제작된다.

그런데, 운용 중 기상학적 요소로 인해 레이돔 표면에 서리 및 결빙 등이 발생하면 이로 인해 전파 송수신 특성이 저하된다.

또한, 레이돔 표면의 서리 및 결빙을 제거하기 위해 전도성 물질을 기반으로 한 일반적인 히터를 레이돔 표면에 적용하게 되면, 레이돔 발열을 통한 서리 및 결빙 제거가 가능하나, 전도성 물질로 인해 전파투과도가 크게 저하되는 문제가 발생한다.

이상의 배경기술에 기재된 사항은 발명의 배경에 대한 이해를 돕기 위한 것으로서, 이 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술이 아닌 사항을 포함할 수 있다.

한국공개특허공보 제10-2020-0051496호

본 발명은 상술한 문제점을 해결하고자 안출된 것으로서, 본 발명은 기판에 증착되는 전도성 물질의 형상을 제어하여 전파투과와 발열특성을 동시에 부여하는 레이돔용 파형 전파투과 히터를 제공하는 데 그 목적이 있다.

본 발명의 일 관점에 의한 레이돔용 파형 전파투과 히터는, 기판, 상기 기판의 일 측부 및 상기 일 측부에 대향되는 타 측부에 서로 평행하게 형성된 전극 및 일 단이 상기 일 측부에 연결되고, 타 단이 상기 타 측부에 연결되며, 전도성 물질로 형성된 굴곡 발열부를 포함하고, 상기 굴곡 발열부는, 상기 전극과 평행한 직선부 및 상기 직선부와 연결되는 곡선부가 단위 구조를 이루고, 상기 단위 구조가 연속적으로 이어져 형성된 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 굴곡 발열부를 형성하는 상기 직선부는 동일한 간격으로 평행하게 배열되는 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 굴곡 발열부를 형성하는 상기 곡선부의 곡률은 모두 동일한 것을 특징으로 한다.

나아가, 상기 굴곡 발열부는 상기 기판 상에 서로 평행한 복수 개로 형성되는 것을 특징으로 한다.

다음으로, 본 발명의 다른 일 관점에 의한 레이돔용 파형 전파투과 히터는, 기판, 상기 기판의 일 측부 및 상기 일 측부에 대향되는 타 측부에 서로 평행하게 형성된 전극 및 일 단이 상기 일 측부에 연결되고, 타 단이 상기 타 측부에 연결되며, 전도성 물질로 형성된 절곡 발열부를 포함하고, 상기 절곡 발열부는, 상기 전극에 대해 경사진 방향으로 형성된 제1 사선부 및 상기 제1 사선부로부터 절곡 연장된 제2 사선부가 단위 구조를 이루고, 상기 단위 구조가 연속적으로 이어져 형성된 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 절곡 발열부를 형성하는 상기 제1 사선부와 상기 제2 사선부는 서로 선대칭으로 배열되는 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 제1 사선부와 상기 제2 사선부의 길이는 동일한 것을 특징으로 한다.

나아가, 상기 절곡 발열부는 상기 기판 상에 서로 평행한 복수 개로 형성되는 것을 특징으로 한다.

다음으로, 본 발명의 또 다른 일 관점에 의한 레이돔용 파형 전파투과 히터는, 기판, 상기 기판의 일 측부 및 상기 일 측부에 대향되는 타 측부에 서로 평행하게 형성된 전극 및 일 단이 상기 일 측부에 연결되고, 타 단이 상기 타 측부에 연결되며, 전도성 물질로 형성된 절곡 발열부를 포함하고, 상기 절곡 발열부는, 상기 전극과 평행한 제1 직선부, 일 단부가 상기 제1 직선부의 일 단부에 연결되며 상기 제1 직선부로부터 절곡 연장된 제1 절곡선부, 일 단부가 상기 제1 절곡선부의 타 단부에 연결되며 상기 제1 직선부와 평행한 제2 직선부 및 일 단부가 상기 제2 직선부의 타 단부에 연결되며 상기 제2 직선부로부터 절곡 연장된 제2 절곡선부가 단위 구조를 이루고, 상기 단위 구조가 연속적으로 이어져 형성된 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 제1 직선부와 상기 제2 직선부의 길이는 동일하고, 상기 제1 절곡선부와 상기 제2 절곡선부의 길이는 동일한 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 제1 절곡선부는 상기 제1 직선부에 수직하게 절곡 연장되고, 상기 제 2 절곡선부는 상기 제2 직선부에 수직하게 절곡 연장된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 절곡 발열부는 상기 기판 상에 서로 평행한 복수 개로 형성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 레이돔용 파형 전파투과 히터에 의하면, 형상학적 특성으로 인해 전파는 통과시키는 동시에 양 끝단 전극을 통한 전압인가로 발열특성을 가지게 된다.

또한, 기존의 전파투과도가 전기전도도에 의존적이라는 제약에서 자유로워, 높은 전기전도도에도 일정 수준 이상의 전파투과도를 가질 수 있도록 형상 제어가 가능하다.

도 1은 본 발명의 파형 전파투과 히터의 일 실시예를 도시한 것이다.
도 2는 도 1의 파형 전파투과 히터의 단위구조 패턴의 제1 실시예를 도시한 것이고, 도 3은 도 2의 일 부분을 확대 도시한 것이다.
도 4는 본 발명과 대비되는 히터 형상의 예이다.
도 5는 본 발명의 파형 전파투과 히터의 단위구조 패턴의 제2 실시예를 도시한 것이고, 도 6은 도 5의 일 부분을 확대 도시한 것이다.
도 7은 본 발명의 파형 전파투과 히터의 단위구조 패턴의 제3 실시예를 도시한 것이고, 도 8은 도 7의 일 부분을 확대 도시한 것이다.
도 9는 본 발명의 파형 전파투과 히터의 rounded-square form과 stripe 형상의 전파투과도 실험 결과를 도시한 것이다.
도 10은 본 발명의 파형 전파투과 히터의 형상별 전파투과도 시뮬레이션 결과를 도시한 것이다.

본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.

본 발명의 바람직한 실시 예를 설명함에 있어서, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지의 기술이나 반복적인 설명은 그 설명을 줄이거나 생략하기로 한다.

도 1은 본 발명의 파형 전파투과 히터의 일 실시예를 도시한 것이며, 도 2는 도 1의 파형 전파투과 히터의 단위구조 패턴의 제1 실시예를 도시한 것이고, 도 3은 도 2의 일 부분을 확대 도시한 것이다. 그리고, 도 4는 본 발명과 대비되는 히터 형상의 예이다.

이하, 도 1 내지 도 4를 참조하여 본 발명의 제1 실시예에 의한 레이돔용 파형 전파투과 히터를 설명하기로 한다.

본 발명의 레이돔용 파형 전파투과 히터는 발열을 통해 레이돔 표면의 서리, 결빙 등을 효과적으로 제거할 수 있으면서도, 전파투과도를 저하시키지 않도록 하기 위한 것이다.

이를 위한 본 발명의 제1 실시예에 의한 레이돔용 파형 전파투과 히터는 기판(110) 상에 굴곡 발열부(120)가 형성되고, 굴곡 발열부(120)는 일 단이 기판(110)의 일 측부에 형성된 전극(130)과 연결되고, 타 단이 기판(110)의 타 측부에 형성된 전극(130)과 연결됨으로써, 전극(130)을 통해 전압이 인가되어 줄열(Joule's)을 발열하도록 구성된다.

기판(110)은 유리일 수 있으며, 예를 들어 가로 길이는 50mm, 세로 길이는 60mm이며, 유전 상수는 약 5.0일 수 있다.

유리 기판은 임의의 크기를 채택하였으나, 단위 구조에 따라 다양한 형태를 취할 수 있으므로 해당 형태만을 한정하지 않는다. 또한 면저항 등의 전도성 소재 물성에 따라 전파투과도가 결정되므로, 각각의 경우에 대한 정량적 서술이 불가능하다.

또한 기판의 재질은 유리로 사용될 수 있으나, 이에 한정되지 않으며 전파투과도를 손상시키지 않는 어떤 기판도 사용될 수 있다.

기판(110) 상에 형성되는 굴곡 발열부(120)는 전도성 물질을 증착하여 형성될 수 있다.

예를 들어, Fluorine-doped Tin Oxide(FTO) 박막을 특정 형상으로 증착하여 발열부를 확보한다. 다만 FTO 박막은 본 발명의 실시 예일 뿐, 이에 한정되지 않으며 금속 및 카본 등 다양한 전도성 물질이 형상설계 단계에 적용 가능하다.

본 발명의 파형 전파투과 히터는 전도성 물질의 2차원 형상을 통해 전도성 물질이 높은 전기전도도를 가짐에도 불구하고 높은 전파투과도를 가지도록 설계된다.

즉, 굴곡 발열부(120)의 단위 구조(unit structure)는 직선부(121)와 곡선부(122)로 구성되고, 단위구조가 순차적으로 이어져 연속적으로 형성되는 것을 특징으로 한다.

직선부(121)는 전파투과 특성 향상을 위해 평행하고 동일한 간격으로 배열되고, 직선부(121)와 직선부(121) 간에 곡선부(122)가 연결되어 도시와 같은 일명 라운드-스퀘어 파형(rounded-square waveform)으로 형성될 수 있다. 그리고, 기판(110)의 평면이 사각 형상일 경우 직선부(121)는 기판(110)의 일 변과 평행할 수 있다.

또한, 곡선부(122)의 곡률은 모두 동일한 것이 보다 바람직하다.

나아가, 굴곡 발열부(120)는 기판(110) 상에 복수의 굴곡 발열부(120)가 평행하게 배열될 수 있다.

도 4에 도시된 바와 같이 일반적인 stripe 형상의 발열부(10)에 의하면 전파투과도가 저하되지만, 이상에서 설명한 본 발명의 제1 실시예에 의한 굴곡 발열부(120, rounded-square waveform) 형상을 최적화하게 되면 전파투과도가 크게 상승하게 된다.

이와 같이 해당 전파투과도를 저하하지 않는 형상은 rounded-square waveform에 한정하지 않으며, 제2 , 제3 실시예의 절곡 발열부(triangle waveform, square waveform) 형상을 포함한다.

이하, 도 5 내지 도 8을 참조하여 본 발명의 제2, 제3 실시예에 의한 레이돔용 파형 전파투과 히터를 설명하기로 한다.

제2, 제3 실시예에 의한 레이돔용 파형 전파투과 히터는 발열부가 상이한 것으로서, 발열부를 제외한 구성에 대한 설명은 생략하도록 한다.

먼저 도 5 및 도 6의 절곡 발열부(220)의 단위 구조(unit structure)는 한 쌍의 사선부(221, 222)로 구성되고, 제1 사선부(221)와 제2 사선부(222)가 동일한 길이를 가지며, 선대칭을 형성하여 일정한 각을 가지도록 절곡된 형상을 이룬다.

이는 두 직선부가 예각을 형성하며 이어진 형상으로 표현될 수도 있다.

제2 실시예의 절곡 발열부(220)는 이러한 단위구조가 순차적으로 이어져 연속적으로 형성되어 일명 트라이앵글 파형(triangle waveform)으로 형성될 수 있다.

그리고, 기판(110)의 평면이 사각 형상일 경우 사선부(221, 222)는 기판(110)의 일 변에 대해 사선 방향으로 배열된다.

나아가, 절곡 발열부(220)는 기판(110) 상에 복수의 절곡 발열부(220)가 평행하게 배열될 수 있다.

다음 도 7 및 도 8의 절곡 발열부(320)의 단위 구조(unit structure)는 직선부(321, 323)와 수직선부(322, 324)로 구성되고, 직선부는 동일한 길이로 평행하게 배열되고, 제1 직선부(321)의 일 단부에 제1 수직선부(322)의 일 단부가 수직하게 연결되고, 제1 수직선부(322)의 타 단부에 제2 직선부(323)의 일 단부가 연결되며, 제2 직선부(323)의 타 단부에 제2 수직선부(324)의 일 단부가 수직하게 연결된다.

제3 실시예의 절곡 발열부(320)는 이러한 단위구조가 순차적으로 이어져 연속적으로 형성되어 일명 스퀘어 파형(square waveform)으로 형성될 수 있다.

그리고, 기판(110)의 평면이 사각 형상일 경우 직선부(321, 323)는 일 변에 평행하게 배열되고, 수직선부(322, 324)는 일 변에 수직한 다른 일 변에 평행하게 배열된다.

나아가, 절곡 발열부(320)는 기판(110) 상에 복수의 절곡 발열부(320)가 평행하게 배열될 수 있다.

한편, 예시에서는 직선부에 대해 수직한 수직선부를 예로 들었으나, 수직선부 대신 직선부에 대해 일정한 경사각을 가지며 연장되는 절곡선부가 형성될 수 있다.

이상의 발열부는 최적화 설계를 위해 선폭, 진폭, 선 간격 등의 설계 변수로 인한 전파투과도 영향을 확인하여 rounded-square, triangle, square waveform 단위구조의 최적 형상 조건을 결정할 수 있고, 설계변수는 세 형상에 대해 모두 동일하다.

예를 들어, 면저항 약 10Ω/sq에서 X-band 전파투과도 약 75%를 달성할 수 있도록 설계될 수 있으며, 여타 면저항과 특정 목표 전파투과도에 대해서도 같은 방식으로 설계가 가능하다.

도 9는 면저항 약 14Ω/sq를 가지는 제1 실시예의 굴곡 발열부(120) 및 stripe 형상(10)의 X-band 전파투과도의 실험 데이터를 나타낸 것이다.

일반적으로 전도성 물질이 많아질수록 전파투과도가 감소하며, 면저항(또는 전도도) 및 패턴간의 간격도 전파투과도에 영향을 미치는 요소이다. 하지만, 제1 실시예에서 확인할 수 있듯이, 같은 면저항(도6, 14Ω/sq), 같은 패턴 간의 간격(예를 들어, 12.601mm) 조건 하에서 rounded-square waveform 형상의 전파투과도가 전도성 물질 양이 더 많음에도 불구하고, stripe 형상보다 높음을 도 9의 실험 데이터로 확인할 수 있다.

그리고, 도 10은 rounded-square, triangle, square waveform 패턴의 X-band 전파투과도 시뮬레이션 데이터를 나타낸 것으로, 패턴 간의 간격, 전도도를 포함한 모든 설계변수가 동일할 때 rounded-square의 전파투과도가 가장 우수하나, triangle, square waveform 패턴 또한 75% 이상의 전파투과도를 가지는 것을 확인할 수 있다.

이상과 같은 본 발명은 예시된 도면을 참조하여 설명되었지만, 기재된 실시 예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형될 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 수정 예 또는 변형 예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이며, 본 발명의 권리범위는 첨부된 특허청구범위에 기초하여 해석되어야 할 것이다.

100 : 파형 전파투과 히터
110 : 기판
120 : 굴곡 발열부
121 : 직선부
122 : 곡선부
130 : 전극
220 : 절곡 발열부
221 : 제1 사선부
222 : 제2 사선부
320 : 절곡 발열부
321 : 제1 직선부 323 : 제2 직선부
322 : 제1 수직선부 324 : 제2 수직선부

Claims (12)

1. 기판;
   상기 기판의 일 측부 및 상기 일 측부에 대향되는 타 측부에 서로 평행하게 형성된 전극; 및
   일 단이 상기 일 측부에 연결되고, 타 단이 상기 타 측부에 연결되며, 전도성 물질로 형성된 굴곡 발열부를 포함하고,
   상기 굴곡 발열부는,
   상기 전극과 평행한 직선부 및 상기 직선부와 연결되는 곡선부가 단위 구조를 이루고, 상기 단위 구조가 연속적으로 이어져 형성된 것을 특징으로 하는,
   레이돔용 파형 전파투과 히터.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 굴곡 발열부를 형성하는 상기 직선부는 동일한 간격으로 평행하게 배열되는 것을 특징으로 하는,
   레이돔용 파형 전파투과 히터.
3. 청구항 2에 있어서,
   상기 굴곡 발열부를 형성하는 상기 곡선부의 곡률은 모두 동일한 것을 특징으로 하는,
   레이돔용 파형 전파투과 히터.
4. 청구항 3에 있어서,
   상기 굴곡 발열부는 상기 기판 상에 서로 평행한 복수 개로 형성되는 것을 특징으로 하는,
   레이돔용 파형 전파투과 히터.
5. 기판;
   상기 기판의 일 측부 및 상기 일 측부에 대향되는 타 측부에 서로 평행하게 형성된 전극; 및
   일 단이 상기 일 측부에 연결되고, 타 단이 상기 타 측부에 연결되며, 전도성 물질로 형성된 절곡 발열부를 포함하고,
   상기 절곡 발열부는,
   상기 전극에 대해 경사진 방향으로 형성된 제1 사선부 및 상기 제1 사선부로부터 절곡 연장된 제2 사선부가 단위 구조를 이루고, 상기 단위 구조가 연속적으로 이어져 형성된 것을 특징으로 하는,
   레이돔용 파형 전파투과 히터.
6. 청구항 5에 있어서,
   상기 절곡 발열부를 형성하는 상기 제1 사선부와 상기 제2 사선부는 서로 선대칭으로 배열되는 것을 특징으로 하는,
   레이돔용 파형 전파투과 히터.
7. 청구항 6에 있어서,
   상기 제1 사선부와 상기 제2 사선부의 길이는 동일한 것을 특징으로 하는,
   레이돔용 파형 전파투과 히터.
8. 청구항 7에 있어서,
   상기 절곡 발열부는 상기 기판 상에 서로 평행한 복수 개로 형성되는 것을 특징으로 하는,
   레이돔용 파형 전파투과 히터.
9. 기판;
   상기 기판의 일 측부 및 상기 일 측부에 대향되는 타 측부에 서로 평행하게 형성된 전극; 및
   일 단이 상기 일 측부에 연결되고, 타 단이 상기 타 측부에 연결되며, 전도성 물질로 형성된 절곡 발열부를 포함하고,
   상기 절곡 발열부는,
   상기 전극과 평행한 제1 직선부, 일 단부가 상기 제1 직선부의 일 단부에 연결되며 상기 제1 직선부로부터 절곡 연장된 제1 절곡선부, 일 단부가 상기 제1 절곡선부의 타 단부에 연결되며 상기 제1 직선부와 평행한 제2 직선부 및 일 단부가 상기 제2 직선부의 타 단부에 연결되며 상기 제2 직선부로부터 절곡 연장된 제2 절곡선부가 단위 구조를 이루고, 상기 단위 구조가 연속적으로 이어져 형성된 것을 특징으로 하는,
   레이돔용 파형 전파투과 히터.
10. 청구항 9에 있어서,
    상기 제1 직선부와 상기 제2 직선부의 길이는 동일하고, 상기 제1 절곡선부와 상기 제2 절곡선부의 길이는 동일한 것을 특징으로 하는,
    레이돔용 파형 전파투과 히터.
11. 청구항 10에 있어서,
    상기 제1 절곡선부는 상기 제1 직선부에 수직하게 절곡 연장되고, 상기 제 2 절곡선부는 상기 제2 직선부에 수직하게 절곡 연장된 것을 특징으로 하는,
    레이돔용 파형 전파투과 히터.
12. 청구항 10에 있어서,
    상기 절곡 발열부는 상기 기판 상에 서로 평행한 복수 개로 형성되는 것을 특징으로 하는,
    레이돔용 파형 전파투과 히터.

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