KR102335787B1

KR102335787B1 - 전자파 흡수체

Info

Publication number: KR102335787B1
Application number: KR1020200166957A
Authority: KR
Inventors: 김남식
Original assignee: 에스아이오티 주식회사
Priority date: 2019-12-02
Filing date: 2020-12-02
Publication date: 2021-12-08
Also published as: KR20210069591A

Abstract

본 발명은 전자파 흡수체를 제공한다.
상기 전자파 흡수체는 평판 형상의 제 1몸체; 상기 제 1몸체의 일면에 형성되는 평판 형상의 제 2몸체; 상기 제 1몸체의 내부에 형성되는 원 뿔 형상의 원뿔 몸체를 포함한다.

Description

전자파 흡수체{electromagnetic wave absorber}

본 발명은 전자파 흡수체에 관한 것이다

흡수율을 높이기 위해서는 반사와 투과가 모두 작아야 한다. 반사의 측면에서 물질의 고유 임피던스 (intrinsic impedance)가 자유 공간(free space)의 임피던스와 같으면 반사를 없앨 수 있어 이상적인 흡수체 (absorber)를 만들 수 있다.

다만 일반적인 물질의 특성을 통해선 그러한 특성을 만들 수 없으므로 메타물질(metamaterial)과 같은 기법을 통해 임피던스를 맞추는 방법들이 제안되고 있다.

현재까지 제시된 FSS (frequency selective surface) 흡수체들의 메타물질을 제작하는 방법으로는 물질의 모양을 변형하는 방법과 적절한 유전율(permittivity)과 투자율(permeability)을 갖는 물질을 만드는 방법이 있다.

본 발명은 전자파 흡수체를 제공한다.

상기 전자파 흡수체는

평판 형상의 제 1몸체;

상기 제 1몸체의 일면에 형성되는 평판 형상의 제 2몸체;

상기 제 1몸체의 내부에 형성되며, 격자 상으로 배치되는 원 뿔 형상의 원뿔 몸체를 포함하되,

상기 제 1몸체의 두께는 상기 제 2몸체의 두께 보다 두텁게 형성되고,

상기 원뿔 몸체의 두께는, 상기 제 2몸체의 두께 보다 두텁게 형성되고,

상기 원뿔 몸체의 저면은, 상기 제 1몸체의 저면과 동일 선상에 배치되고,

상기 원뿔 몸체는, 상기 제 1몸체의 내부에서 다수로 형성되고,

다수로 형성되는 상기 원뿔 몸체 각각의 꼭지점은 서로 다른 높이를 이루되,

상기 제 1몸체의 상단에는, 다수로 형성되는 상기 원뿔 몸체 중, 최외곽의 원뿔 몸체의 하단을 고정하는 고정 블록들이 형성되고,

다수로 형성되는 상기 원뿔 몸체 중, 상기 최외곽의 원뿔 몸체를 제외한 나머지 원뿔 몸체들은 서로 균일 간격을 이루어 이격되며, 서로 연결 블록들을 통해 도전이 가능하도록 연결된다.

다른 실시예에 있어서, 본 발명은 평판 형상의 제 1몸체;

상기 제 1몸체의 일면에 형성되는 평판 형상의 제 2몸체;

상기 제 1몸체의 내부에 형성되며, 격자 상으로 배치되는 파라미드 형상의 파라미드 몸체를 포함하되,

상기 파라미드 몸체의 두께는, 상기 제 2몸체의 두께 보다 두텁게 형성되고,

상기 파라미드 몸체의 저면은, 상기 제 1몸체의 저면과 동일 선상에 배치되고,

상기 파라미드 몸체는, 상기 제 1몸체의 내부에서 다수로 형성되고,

다수로 형성되는 상기 파라미드 몸체 각각의 꼭지점은 서로 다른 높이를 이루되,

상기 제 1몸체의 상단에는, 다수로 형성되는 상기 파라미드 몸체 중, 최외곽의 파라미드 몸체의 하단을 고정하는 고정 블록들이 형성되고,

다수로 형성되는 상기 파라미드 몸체 중, 상기 최외곽의 파라미드 몸체를 제외한 나머지 파라미드 몸체들은 서로 균일 간격을 이루어 이격되며, 서로 연결 블록들을 통해 도전이 가능하도록 연결되는 전자파 흡수체를 제공한다.

특히, 상기 연결 블록들은 일정 길이를 갖는 다각 형상으로 형성된다.

상기 연결 블록들의 양단은 이웃하는 상기 피라미드 몸체의 측부에 끼워져 연결된다.

다수로 형성되는 상기 파라미드 몸체는 4개가 하나의 조를 이루고, 상기 4개의 피라미드 몸체는 서로 상기 연결 블록들에 의해 연결된다. 상기 연결 블록들 간은 직각을 이룬다.

상기 피라미드 몸체가 1,2,3층으로 구성되는 경우, 상기 1층을 이루는 피라미드 몸체들은 1개의 연결 블록을 통해 서로 연결되고,

상기 2층을 이루는 피라미드 몸체들은 2개의 연결 블록을 통해 서로 연결되고,

상기 3층을 이루는 피라미드 몸체들은 상기 연결 블록 없이 서로 밀접되어 배치된다. 상기 3층을 이루는 피라미드 몸체들은 상기 최외곽의 파라미드 몸체이다.

흡수체의 흡수특성 측정을 위한 방법과 넓은 주파수 대역에서 높은 흡수 특성을 갖는 평판형 또는 피라미드형 흡수체의 설계 방법을 제공할 수 있다.

도 1은 평판형+원뿔형+평판형 (3층 구조) 구조를 보여주는 도면이다.
도 2는 평판형+원뿔형+평판형 3층 구조 흡수체의 최적화된 흡수 성능을 보여주는 그래프이다.
도 3은 도 2에서 각 층의 두께를 15 mm로 변화시켰을 경우의 최적화된 흡수 성능을 보여주는 그래프이다.
도 4는 도 2의 구조에서 두께와 매질 특성에 따른 최적화된 흡수 성능을 보여주는 그래프이다.
도 5는 원뿔 구조가 흡수 성능에 미치는 영향, a의 변화 (r = a/2)를 보여주는 그래프이다.
도 6은 원뿔 구조가 흡수 성능에 미치는 영향, r의 변화 (a = 30 mm)를 보여주는 그래프이다.
도 7은 평면형 3층 구조의 최적화된 흡수 성능을 보여주는 그래프이다.
도 8은 평면형 2층 구조의 최적화된 흡수 성능을 보여주는 그래프이다.
도 9는 평면형 1층 구조의 최적화된 흡수 성능을 보여주는 그래프이다.
도 10은 5층 구조의 배치 및 규격 (a) 전체 형상 (b) 단면도이다.
도 11은 도 10의 구조에서 매질 V가 공기일 때 최적화된 흡수 특성을 보여주는 그래프이다.
도 12는 최적화된 5층 구조 흡수체에서 a의 변화에 대한 흡수 성능 변화를 보여주는 그래프이다.
도 13은 a를 미리 서로 다른 값으로 고정한 후 최적화한 결과이다.
도 14는 매질 V가 공기가 아닐 때 a가 흡수 성능에 미치는 영향을 보여주는 그래프이다.
도 15는 피라미드 4층 구조의 배치 및 규격 (a) 전체 형상 (b) 입사 편파 (c) 단면도이다.
도 16은 도 15의 피라미드 4층 구조 흡수체에서 입사 편파 방향에 최적화된 따른 흡수 특성 (a) 편파1 (0도 입사) (b) 편파2 (45도 입사)
도 17 내지 도 20은 본 발명에 따른 전자파 흡수체의 구성을 보여주는 사시도들이다.

본 발명은 전자파 흡수체를 제공한다.

상기 전자파 흡수체는 평판 형상의 제 1몸체; 상기 제 1몸체의 일면에 형성되는 평판 형상의 제 2몸체; 상기 제 1몸체의 내부에 형성되며, 격자 상으로 배치되는 원 뿔 형상의 원뿔 몸체를 포함한다.

상기 제 1몸체의 두께는 상기 제 2몸체의 두께 보다 두텁게 형성되고, 상기 원뿔 몸체의 두께는, 상기 제 2몸체의 두께 보다 두텁게 형성되고, 상기 원뿔 몸체의 저면은, 상기 제 1몸체의 저면과 동일 선상에 배치되고, 상기 원뿔 몸체는, 상기 제 1몸체의 내부에서 다수로 형성되고, 다수로 형성되는 상기 원뿔 몸체 각각의 꼭지점은 서로 다른 높이를 이루되, 상기 제 1몸체의 상단에는, 다수로 형성되는 상기 원뿔 몸체 중, 최외곽의 원뿔 몸체의 하단을 고정하는 고정 블록들이 형성되고, 다수로 형성되는 상기 원뿔 몸체 중, 상기 최외곽의 원뿔 몸체를 제외한 나머지 원뿔 몸체들은 서로 균일 간격을 이루어 이격되며, 서로 연결 블록들을 통해 도전이 가능하도록 연결된다.

다른 실시예에 있어서, 본 발명은 평판 형상의 제 1몸체; 상기 제 1몸체의 일면에 형성되는 평판 형상의 제 2몸체; 상기 제 1몸체의 내부에 형성되며, 격자 상으로 배치되는 파라미드 형상의 파라미드 몸체를 포함하되, 상기 제 1몸체의 두께는 상기 제 2몸체의 두께 보다 두텁게 형성되고, 상기 파라미드 몸체의 두께는, 상기 제 2몸체의 두께 보다 두텁게 형성되고, 상기 파라미드 몸체의 저면은, 상기 제 1몸체의 저면과 동일 선상에 배치되고, 상기 파라미드 몸체는, 상기 제 1몸체의 내부에서 다수로 형성되고, 다수로 형성되는 상기 파라미드 몸체 각각의 꼭지점은 서로 다른 높이를 이루되, 상기 제 1몸체의 상단에는, 다수로 형성되는 상기 파라미드 몸체 중, 최외곽의 파라미드 몸체의 하단을 고정하는 고정 블록들이 형성되고, 다수로 형성되는 상기 파라미드 몸체 중, 상기 최외곽의 파라미드 몸체를 제외한 나머지 파라미드 몸체들은 서로 균일 간격을 이루어 이격되며, 서로 연결 블록들을 통해 도전이 가능하도록 연결되는 전자파 흡수체를 제공한다.

더 상세하게는 본 발명에서 평판형 혹은 피라미드형 (원뿔형) 흡수체의 구조, 매질 특성에 따른 흡수 성능을 서술한다. 이 경우 해석을 위한 경계조건은 unitcell 경계조건으로 해석 대상 구조가 평면상에 무수히 많이 존재한다고 가정하고 해석을 진행하였다.

단일 원뿔 구조의 특성 분석

여기서 살펴볼 흡수체 구조는 아래와 같다.

- 평판형+원뿔형+평판형 (3층 구조)

- 평판형+평판형+평판형 (3층 구조)

- 평판형+평판형 (2층 구조)

- 평판형 (1층 구조)

도 1은 평판형+원뿔형+평판형 (3층 구조) 구조를 보여주는 도면이다.

평판형+원뿔형+평판형 3층 구조의 배치 및 규격 (a) 전체 형상 (b) 가운데 위치하는 원뿔 구조 (c) 각층별 물성 및 치수

가장 먼저 살펴볼 구조는 그림 2-21에 보인 평판형+원뿔형+평판형 (3층 구조) 구조이다. 가운데에 원뿔형 구조가 삽입된 구조이며 그 위 아래로 평판이 배치되어 있다.

은 상대 유전율 (실수부),

은 상대 투자율 (실수부),

는 전기 손실 탄젠트,

는 자기 손실 탄젠트이다. 흡수체의 xy 평면상 단면은 한 변의 길이가 a인 정사각형이고, r은 원뿔 구조의 넓은 바닥면의 반경이다.

상대유전율은

으로 고정하여 사용하였다.

도 2는 평판형+원뿔형+평판형 3층 구조 흡수체의 최적화된 흡수 성능을 보여주는 그래프이다.

[표 1] 평판형+원뿔형+평판형 3층 구조 흡수체의 최적화된 특성 1 (길이: mm)

도 2는 각 층의 두께가 5 mm인 경우에 대해서 최적화한 결과인데, 두께의 변화에 대해 최적화된 매질 특성을 도 3에서와 같이 재차 구하였다. 도 3은 두께만 변화하였을 때의 흡수 성능이다.

도 3은 도 2에서 각 층의 두께를 15 mm로 변화시켰을 경우의 최적화된 흡수 성능으로 사용된 파라미터는 다음 [표 2]와 같다.

[표 2] 평판형+원뿔형+평판형 3층 구조 흡수체의 최적화된 특성 2(길이: mm)

도 2 및 도 3을 비교하면 최대흡수율은 95% 이상으로 매우 유사하지만, 낮은 주파수 대역에서의 흡수율에서 차이가 있음을 알 수 있다. 즉, 두께가 더 두꺼운 경우 좀 더 낮은 대역에서 높은 흡수율을 보이는데, 이는 흡수 특성이 파장과 관련되어 있기 때문이다. 두 경우의 또 다른 차이는 유전율과 투자율의 특성이다. 두께가 더 두꺼운 경우 요구되는 상대 투자율과 자기 손실 탄젠트 및 전기 손실 탄젠트가 얇은 경우에 비해 더 낮다는 것을 알 수 있다. 이는 일정한 흡수율을 얻기 위해서는 일정 두께가 필요한 것을 의미하다.

두 결과로부터 동일한 최대 흡수 특성을 얻기 위해서는 다음과 같은 조건이 필요함을 알 수 있다.

- 얇은 두께 + 높은 유전율, 투자율 및 손실 탄젠트

- 두꺼운 두께 + 상대적으로 낮은 유전율, 투자율 및 손실 탄젠트

- 낮은 주파수 대역의 흡수 특성 향상을 위해서는 두께와 유전율, 투자율 및 손실 탄젠트 모두 높은 값을 요구

도 4는 도 2의 구조에서 두께와 매질 특성에 따른 최적화된 흡수 성능을 보여주는 그래프이다.

[표 3] 평판형+원뿔형+평판형 3층 구조 흡수체의 최적화된 특성 3 (길이: mm)

도 4는 각층의 두께까지 최적화 파라미터로 계산한 결과를 보여준다. 앞선 두 경우 보다 저주파수 대역에서 흡수 성능이 향상되었으며, 그 이유는 [표 3]에서 볼 수 있듯이 투자율 및 전기 자기 손실 탄젠트가 모두 증가하였기 때문이다.

이와 같은 결과를 바탕으로 제작의 입장에서는 구현 가능한 유전율 투자율 및 손실 탄젠트와 최대 흡수 능력에 따라 두께가 결정된다고 이해할 수 있다.

전파무반향실 (full anechoic chamber)에서 일반적으로 많이 볼 수 있는 피라미드형 흡수체는 물성뿐만 아니라 모양 또한 흡수 성능에 큰 영향을 미친다. 개발된 흡수체는 평판형 구조이며, 가운데 층에 원뿔 모양의 흡수층이 들어가 있는 것이 특징이다. 따라서 원뿔 구조가 흡수 성능에 미치는 영향에 대한 분석이 필요하다. 흡수체의 한 변의 길이 a가 흡수 성능에 미치는 영향을 보인 것이다.

도 5는 원뿔 구조가 흡수 성능에 미치는 영향, a의 변화 (r = a/2)를 보여주는 그래프이다. 도 6은 원뿔 구조가 흡수 성능에 미치는 영향, r의 변화 (a = 30 mm)를 보여주는 그래프이다.

a가 변화함에 따라 원뿔의 부피가 변화함에도 흡수 성능은 거의 차이가 없음을 알 수 있다. 이는 원뿔의 모양이 흡수 성능에 영향을 주지 않는다는 것을 의미한다.

원뿔의 영향을 좀 더 정확하게 파악하기 위해 그림 2-26에서는 흡수체의 한 변의 길이 a는 30 mm로 고정시킨 체 흡수체 바닥면의 반지름 r만 변화하여 흡수 성능을 계산하였다. 그림에서 볼 수 있듯이 역시 흡수체의 바닥면의 면적은 흡수 성능에 영향을 주지 않음을 확인 가능하다. 도 5와 도 6으로부터 중간층의 구조가 흡수 성능에는 큰 영향을 주지 않음을 알 수 있다.

제작이 쉽지 않은 원뿔 구조가 흡수 성능 향상에도 기여하는 바가 없으므로, 평판형으로 3층인 구조를 만드는 것이 제작의 측면에서 더 유리할 것이다. 그림 2-27은 이를 뒷받침하기 위해 3층 평면인 구조의 최적화된 흡수 성능이다. 그림 2-21에서 원뿔은 평판으로 대체되었다.

도 7은 평면형 3층 구조의 최적화된 흡수 성능을 보여주는 그래프이다.

[표 4] 평판형+평판형+평판형 3층 구조 흡수체의 최적화된 특성 (길이: mm)

3층으로 구성된 흡수체 또한 흡수 성능이 매우 좋은데, 이는 기술한 바와 같이 제작이 어려운 구조를 굳이 사용할 필요는 없다는 것이다.

지금까지 얻은 결론을 정리하면 다음과 같다.

- 중간 층의 구조는 흡수 성능에 거의 영향을 주지 않음

- 동일한 유전율, 투자율 및 손실 탄젠트의 경우 두께가 두꺼울수록 흡수 성능 향상 (동일한 반사계수 + 더 낮은 투과계수)

- 동일한 두께의 경우 유전율, 투자율 및 손실 탄젠트가 클수록 흡수 성능 향상 (이 때는 반사계수가 낮도록 주의 요망)

위의 결론을 보면 흡수체의 층을 굳이 여러 층으로 가져가거나, 제작이 힘든 원뿔이나 피라미드와 같이 특수한 구조를 사용할 필요가 낮다는 것을 알 수 있다. 이를 증명하기 위해 2 층 또는 1층으로 된 흡수체의 최적화 결과를 그림 2-28과 2-29에 각각 제시하였다.

도 8은 평면형 2층 구조의 최적화된 흡수 성능을 보여주는 그래프이다. 도 9는 평면형 1층 구조의 최적화된 흡수 성능을 보여주는 그래프이다.

[표 5] 평판형+평판형 2층 구조 흡수체의 최적화된 특성 (길이: mm)

[표 6] 평판형 1층 구조 흡수체의 최적화된 특성 (길이: mm)

예상대로 평면형 2층 및 1층 구조 또한 매우 높은 흡수율을 보이며, 동일한 흡수 성능을 얻기 위해 두께가 엷어질수록 투자율과 손실 탄젠트도 함께 증가하여야 한다는 것을 재차 확인할 수 있다.

다중 원뿔 구조의 특성 분석

여기서 살펴볼 흡수체 구조는 아래와 같다.

- 평판형+원뿔형1+원뿔형2+원뿔형3+평판형 (5층 구조)

원뿔은 총 3 종류로 구성되어 있다.

도 10은 5층 구조의 배치 및 규격 (a) 전체 형상 (b) 단면도이다.

도 11은 도 10의 구조에서 매질 V가 공기일 때 최적화된 흡수 특성이며, 최적화된 파라미터는 [표 7]에 주어져 있다.

[표 7]

표 2-9. 5층 구조 흡수체의 최적화된 파라미터 (길이: mm)

도 11에서 알 수 있듯이, 전체적인 흡수 성능은 매우 양호하다. 하지만 맨 위의 평평한 면 (매질 III)이 있는 경우보다 낮은 주파수 대역에서 흡수 성능은 떨어진다.

3층 구조에서 맨 위의 평평한 면을 갖는 매질 III 구조가 있는 경우 단위셀의 크기 a가 흡수 성능에 거의 영향을 주지 않는다는 것을 보였다. 이는 상당량의 에너지가 매질 III을 통화하면서 이미 흡수가 되어 버렸기 때문이다. 하지만 매질 III 구조가 없는 경우, 즉 원뿔이 공기 중에 노출되어 있는 경우에는 단위셀의 크기 a가 흡수 성능에 영향을 미치게 되는데 이에 관한 결과를 도 12에 보였다.

도 12는 최적화된 5층 구조 흡수체에서 a의 변화에 대한 흡수 성능 변화를 보여주는 그래프이다.

도 12는 [표 9]와 같이 최적화된 구조에서 a 반을 변경하면서 흡수 성능의 변화를 살펴본 것이다. 흡수 성능이 가장 좋은 경우는 a= 33.0 mm일 때이고, 나머지 a의 변화에 따라서 저주파수 대역 흡수 성능이 영향을 받는 것을 볼 수 있다. 이 결과는 그림 2-21의 평편형+원뿔형+평판형인 경우 전체 사이즈의 변화가 흡수 성능에 거의 영향을 주지 않는 결과와는 매우 상이한데, 이는 매질 V가 없는 경우에 전자파가 직접 매질 IV에 부딪히기 때문이다. 정리하면, 원뿔을 포함한 단위셀의 크기는 맨위 평판형 매질이 없을 때만 흡수 성능에 영향을 주는 것이다.

도 13은 a를 미리 서로 다른 값으로 고정한 후 최적화한 결과이고, 5층 구조 흡수체에서 a와 각층의 두께를 고정시킨 후 최적화된 흡수 성능을 보여준다.

[표 8] 5층 구조 흡수체의 최적화된 파라미터 (길이: mm)

[표 9] 각 매질별 정규화된 전파 임피던스 (길이: mm)

도 13에서 알 수 있듯이, 흡수체의 흡수 성능은 서로 다른 a를 사용하더라도 최적화 후에는 흡수 성능이 매우 유사하다. 표 2-10을 보면 모든 경우에 공통적인 특징이 있는데, 상대유전율과 상대투자율 및 유전손실과 투자손실이 모두 매질 V에서 매질 I로 갈수록 커진다는 것이다. 이는 반사를 최소화하면서 투과를 최소화해야 좋은 흡수 성능을 얻을 수 있기 때문이다. 그 외에 표 2-10은 흡수체 제작에서의 고려사항도 함께 제시한다. 흡수체의 단면적은 유전율과 투자율을 조정함으로써 크게도 작게도 할 수 있으며, 흡수 성능에 영향을 주는 것은 흡수체의 단면적보다는 사용된 재료의 조성임을 알 수 있다. 표 2-11은 표 2-10의 파라미터로부터 계산된 각 매질의 전파 임피던스로 자유공간 임피던스로 정규화된 값이다. 이를 통해 표 2-10의 값이 임의로 계산된 값이 아니고 반사와 투과를 모두 최소화할 수 있도록 설정된 값임을 알 수 있다.

마지막으로 살펴볼 구성은 매질 V가 공기가 아닐 때의 흡수 특성인데, 도 14에 주어져 있다.

도 14는 매질 V가 공기가 아닐 때 a가 흡수 성능에 미치는 영향을 보여주는 그래프이다.

[표 10] 파라미터 (길이: mm)

도 14는 도 10의 구조에서 매질 V가 있을 때, 단위셀의 크기 a가 흡수 성능에 어떤 영향을 주는지를 살펴보기 위한 시뮬레이션 결과이다. 이 결과는 그림 2-25에서 보인 결과와 유사하게, 맨 위의 평판형 매질 V가 존재할 경우에는 단위셀의 크기 a가 흡수 성능에 영향을 주지 않는 것을 의미한다. 그 이유는 앞서 설명한 바와 같이 이미 매질 V에서 상당량의 에너지를 흡수하였기 때문이다. 하지만 낮은 주파수 대역에서 흡수 성능을 높이기 위해서 원뿔 구조의 선택은 필요하다 할 수 있겠다.

피라미드 구조의 특성 분석

여기서 살펴볼 흡수체 구조는 아래와 같다.

- 평판형+피라미드1+피라미드2+피라미드3 (4층 구조, 바닥 면이 정사각형)

도 15는 피라미드 4층 구조의 배치 및 규격 (a) 전체 형상 (b) 입사 편파 (c) 단면도이다.

도 16은 도 15의 피라미드 4층 구조 흡수체에서 입사 편파 방향에 최적화된 따른 흡수 특성 (a) 편파1 (0도 입사) (b) 편파2 (45도 입사)

도 16은 도 15에 주어진 피라미드 4층 구조 흡수체의 최적화된 흡수 성능을 보인 것이다. 입사 편파의 방향은 성능 차이가 가장 클 것으로 예상되는 0도 와 45도 일 경우로 정했으며, 최적화에 사용된 파라미터는 [표 11]에 주어져 있다. 도 16 (a)와 (b)는 각각 입사 편파가 0도일 때와 45도일 경우의 흡수 성능으로 높은 주파수에서는 둘 사이에 성능 차이가 거의 없음을 알 수 있다. 하지만, 낮은 주파수 대역 즉, 30 MHz ~ 500 MHz 사이에서는 셀의 크기 (a)가 성능에 영향을 줌을 확인할 수 있다.

도 16의 확대도를 보면 흡수 성능이 최적인 경우는 a가 30 ~ 40 mm 사이이다. 또 다른 중요한 사실은 일반적인 산란체와 다르게 유전 및 투자 손실이 일정 이상이면 입사 편파 방향에 거의 영향을 받지 않게 흡수체를 제작하는 것이 가능함을 확인할 수 있다. 이는 흡수체 성능 평가 및 제작을 좀 더 용이하게 할 수 있는 매우 중요한 특성이다.

[표 11] 피라미드 4층 구조 흡수체의 최적화된 파라미터 (길이: mm)

본 발명에서는 우선 정확한 흡수 특성을 측정하기 위해 시뮬레이션 툴을 이용하여 반사계수가 가장 큰 도체 평판에 대해 다양한 해석을 진행하였다. 그 결과 도체판의 모서리 회절 성분, 안테나와 도체판 사이의 다중 반사, 안테나 사이의 직접 결합 등이 측정의 정확도에 큰 영향을 주는 것을 확인할 수 있었다.

따라서 본 발명에서는 위와 같은 불요 신호를 모두 제거하여 안테나와 도체판 사이의 정확한 측정 결과를 산출할 수 있는 새로운 방법을 제안하였고, 이에 따라 최소 측정 거리 또한 계산할 수 있었다.

제안된 방법은 안테나의 산란을 없애기 위해 안테나를 호이겐스 원리를 응용한 등가 소스원으로 대체하는 방법이다. 등가 소스원은 입사파를 반사나 산란 없이 받아들이기 때문에 다중 반사 현상을 모두 제거 가능하다. 안테나 사이의 직접 커플링은 두 번의 측정 후 제안된 방식으로 없앨 수 있다. 제안된 방법은 안테나와 도체판 사이의 거리에 대한 영향을 정확하게 계산할 수 있다는 데 큰 의의가 있다.

평판형 또는 피라미드형 흡수체의 설계에 있어서 가장 중요하게 고려되어야 하는 파라미터는 흡수체의 물성과 물리적 크기 및 형상이다. 본 용역에서는 이러한 주요 파라미터들이 흡수 성능에 미치는 영향을 다각도에서 면밀하게 살펴보았다.

우선 매질을 유전체 (상대 투자율=1, 자기 손실 탄젠트=0)와 자성체 (상대 유전율=2, 전기 손실 탄젠트=0)로 구분하여 각각의 매질로부터 획득 가능한 흡수 성능에 대해 분석하였다. 그 결과 개별 유전체와 자성체만으로는 반사 특성 조절에 한계가 있어 흡수 성능을 일정 수준 이상으로 높일 수 없다는 것을 증명하였다.

이러한 결과는 흡수 성능을 높이기 위해서는 결국 상대 유전율과 상대 투자율이 모두 1이상이며, 손실 탄젠트 값 또한 높은 혼합물이 사용되어야 한다는 것을 의미한다. 본 용역에서 분석한 여러 결과를 바탕으로 평판형 흡수체의 경우 흡수체 내부에 위치하는 원뿔이나 피라미드의 구조나 형상보다는 혼합물의 매질 특성이 가장 중요한 파라미터라는 것을 밝혀냈다. 이를 근거로 평판형 흡수체에 대한 몇 가지 중요한 결론을 요약하면 다음과 같다.

- 맨 윗 판이 흡수 성능을 가질 경우 그 아래에 위치하는 흡수체의 물리적 구조(원뿔 등)는 흡수 성능에 거의 영향을 주지 않는다.

- 흡수 성능을 높이기 위해서는 반사계수와 투과계수가 모두 매우 작아야 한다.

- 반사계수를 낮추기 위해서는 매질의 임피던스가 자유공간과 같아야 하는데, 이는 유전율과 투자율의 비가 1에 가까워야 함을 의미한다.

- 투과계수를 낮추기 위해서는 매질의 손실 탄젠트가 커야한다.

- 동일한 두께에서는 손실 탄젠트가 클수록 흡수 성능이 향상된다. (단, 반사계수가 같다고 가정)

- 동일한 손실 탄젠트인 매질에서는 두께가 두꺼울수록 흡수 성능이 향상된다. (단, 반사계수가 같다고 가정)

- 낮은 주파수대역에서 흡수 성능을 높이려면 두께를 두껍게 하거나 손실 탄젠트를 높여야 한다.

또한 평면형 구조가 없이 피라미드 모양의 흡수 구조가 공기 중에 노출되어 있는 경우이다. 피라미드 구조의 흡수체는 맨 아래 지지 구조만 평판형이고 세 개의 층이 피라미드 형으로 구성된다. 흡수체 단위셀의 길이는 낮은 주파수 대역에서 흡수 성능에 영향을 주지만, 입사하는 편파의 방향과 상관없이 매우 좋은 흡수 성능을 얻는 것이 가능하였다.

앞서 살펴본 평판형 흡수체와 마찬가지로 제작의 관점에서 위의 문제는 결국 구현 가능한 손실 탄젠트에 의해 흡수체의 두께와 흡수 성능이 결정됨을 의미한다. 하지만 본문에서 밝힌 바와 같이, 높은 주파수에서도 동일한 투자율과 자기 손실 탄젠트를 유지하는 매질을 만들기는 쉽지 않은 일이다. 따라서, 실제 제작에 있어서 요구되는 손실 탄젠트 값을 얻기 위한 혼합물의 조성 및 구현 방법을 찾는 것이 성능 좋은 흡수체를 만드는 데 필요한 과정이라 할 수 있겠다. 이를 바탕으로 구현 가능한 범위 내에서 최적의 흡수 성능을 계산하는 방식으로 흡수체 개발이 이루어 질 수 있다.

Claims

평판 형상의 제 1몸체;
상기 제 1몸체의 일면에 형성되는 평판 형상의 제 2몸체;
상기 제 1몸체의 내부에 형성되며, 격자 상으로 배치되는 원 뿔 형상의 원뿔 몸체를 포함하되,
상기 제 1몸체의 두께는 상기 제 2몸체의 두께 보다 두텁게 형성되고,
상기 원뿔 몸체의 두께는, 상기 제 2몸체의 두께 보다 두텁게 형성되고,
상기 원뿔 몸체의 저면은, 상기 제 1몸체의 저면과 동일 선상에 배치되고,
상기 원뿔 몸체는, 상기 제 1몸체의 내부에서 다수로 형성되고,
다수로 형성되는 상기 원뿔 몸체 각각의 꼭지점은 서로 다른 높이를 이루되,
상기 제 1몸체의 상단에는, 다수로 형성되는 상기 원뿔 몸체 중, 최외곽의 원뿔 몸체의 하단을 고정하는 고정 블록들이 형성되고,
다수로 형성되는 상기 원뿔 몸체 중, 상기 최외곽의 원뿔 몸체를 제외한 나머지 원뿔 몸체들은 서로 균일 간격을 이루어 이격되며, 서로 연결 블록들을 통해 도전이 가능하도록 연결되는 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 하는 전자파 흡수체.
평판 형상의 제 1몸체;
상기 제 1몸체의 일면에 형성되는 평판 형상의 제 2몸체;
상기 제 1몸체의 내부에 형성되며, 격자 상으로 배치되는 파라미드 형상의 파라미드 몸체를 포함하되,
상기 제 1몸체의 두께는 상기 제 2몸체의 두께 보다 두텁게 형성되고,
상기 파라미드 몸체의 두께는, 상기 제 2몸체의 두께 보다 두텁게 형성되고,
상기 파라미드 몸체의 저면은, 상기 제 1몸체의 저면과 동일 선상에 배치되고,
상기 파라미드 몸체는, 상기 제 1몸체의 내부에서 다수로 형성되고,
다수로 형성되는 상기 파라미드 몸체 각각의 꼭지점은 서로 다른 높이를 이루되,
상기 제 1몸체의 상단에는, 다수로 형성되는 상기 파라미드 몸체 중, 최외곽의 파라미드 몸체의 하단을 고정하는 고정 블록들이 형성되고,
다수로 형성되는 상기 파라미드 몸체 중, 상기 최외곽의 파라미드 몸체를 제외한 나머지 파라미드 몸체들은 서로 균일 간격을 이루어 이격되며, 서로 연결 블록들을 통해 도전이 가능하도록 연결되는 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 하는 전자파 흡수체.