KR20220086774A - Radar absorbing composite structure with periodic pattern having printed lightning strip - Google Patents
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Abstract
본 발명은, 전도성 금속이 프린트된 라이트닝 스트립을 포함하는 주기 격자 패턴 전자기파 흡수체 구조물에 관한 것으로서, 특히 목표로 하는 주파수 대역에서 lightning stirp의 역할을 수행하는 metallic 소재가 프린트된 PPS를 통해 우수한 전자기파 흡수 성능을 나타냄과 동시에 낙뢰 보호 시스템을 갖는 전자기파 흡수체 구조물과 이의 제조 방법에 관한 것이다. 본 발명은, 유전체 섬유, 금속 또는 전도성 잉크 중 적어도 하나 이상이 주기적 패턴 표면(PPS ; Periodic Pattern Surface) 형태로 프린팅 된 절연 필름(PI film)을 포함하고, 상기 절연 필름(PI film)을 복수 개의 격자 구조로 형성하여 은(Ag)으로 구성된 라이트닝 스트립격자로 연결하여 입사된 전자기파를 흡수하도록 구성된 것을 특징으로 하는 전도성 금속이 프린트된 라이트닝 스트립을 포함하는 주기 격자 패턴 전자기파 흡수체 구조물을 제공한다.The present invention relates to a periodic lattice pattern electromagnetic wave absorber structure comprising a lightning strip printed with a conductive metal, and in particular, excellent electromagnetic wave absorption performance through a PPS printed with a metallic material serving as a lightning stirp in a target frequency band It relates to an electromagnetic wave absorber structure having a lightning protection system and a method for manufacturing the same. The present invention includes an insulating film (PI film) in which at least one of dielectric fibers, metal, or conductive ink is printed in the form of a Periodic Pattern Surface (PPS), and the insulating film (PI film) is formed of a plurality of Provided is a periodic lattice pattern electromagnetic wave absorber structure comprising a lightning strip printed with a conductive metal, characterized in that it is formed in a lattice structure and configured to absorb an incident electromagnetic wave by connecting it to a lattice of lightning strips made of silver (Ag).
Description
본 발명은 전도성 금속이 프린트된 라이트닝 스트립을 포함하는 주기 격자 패턴 전자기파 흡수체 구조물에 관한 것으로서, 특히 목표로 하는 주파수 대역에서 lightning stirp의 역할을 수행하는 metallic 소재가 프린트된 PPS를 통해 우수한 전자기파 흡수 성능을 나타냄과 동시에 낙뢰 보호 시스템을 갖는 전자기파 흡수체 구조물과 이의 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a periodic lattice pattern electromagnetic wave absorber structure comprising a lightning strip printed with a conductive metal. In particular, excellent electromagnetic wave absorption performance is achieved through a PPS printed with a metallic material serving as a lightning stirp in a target frequency band. It relates to an electromagnetic wave absorber structure having a lightning protection system as well as a method for manufacturing the same.
항공기의 운항 중 발생하는 낙뢰는 고온의 열에너지, 강한 전자기장을 유발하여 항공기에 직, 간접적으로 영향을 미친다. 항공기 운항 관점에서 낙뢰는 매우 위험한 요소이고, 낙뢰 보호 시스템은 필수적으로 요구된다. 이를 대비하기 위해 항공기 기업들은 CM (Copper Mesh), EMF (Expanded Metal Foil)과 같은 낙뢰 보호 시스템을 항공기에 적용하고 있다. 낙뢰는 크게 직접적인 영향(Physical)과 간접적인 영향(Electromagnetic)으로 구분되며, 직접적인 영향은 최대 200 kA에 이르는 고전류에 의한 열에너지와 전기적 충격에 의해 항공기 스킨, 윈드실드, 레이돔 등에 용융, 파손, 천공 등과 같은 영구적 손상을 발생시켜 안전성에 큰 영향을 미친다. Lightning generated during the operation of an aircraft directly or indirectly affects the aircraft by inducing high-temperature thermal energy and a strong electromagnetic field. From an aircraft operation point of view, lightning is a very dangerous factor, and a lightning protection system is essential. To prepare for this, aircraft companies are applying lightning protection systems such as CM (Copper Mesh) and EMF (Expanded Metal Foil) to aircraft. Lightning is largely divided into direct effects (physical) and indirect effects (electromagnetic). It can cause permanent damage and greatly affect safety.
한편, 직접적인 영향에 대한 피해를 최소화하기 위한 낙뢰 보호 시스템은 항공기에 흐르는 낙뢰의 전류가 항공기 외부로 흘러나가는 동안 항공기 구조의 피해를 주지 않도록 경로를 만들어 주는 것이 핵심이다. 최근의 항공기 구조는 경량화 및 연료 효율을 높이기 위해 복합재 구조가 많이 사용되고 있다. 복합재 항공기 구조에서 낙뢰 보호 시스템을 적용하기 위해서는 일반적으로 두께가 얇은 금속층을 복합재 구조 외부에 적층하는 방법을 사용하는데, 낙뢰가 복합재 구조물에 피격되었을 때 낙뢰 전류가 상대적으로 전기전도도가 높은 금속층을 따라 흘러나가게 되므로 복합재 구조물과 내부의 파손을 방지할 수 있다.On the other hand, the key to a lightning protection system to minimize damage from direct impact is to create a path so that the current of lightning flowing through the aircraft does not damage the structure of the aircraft while it flows out of the aircraft. In recent aircraft structures, composite structures have been widely used to reduce weight and increase fuel efficiency. In order to apply a lightning protection system to a composite aircraft structure, a method of laminating a thin metal layer on the outside of the composite structure is generally used. It is possible to prevent damage to the composite structure and the interior.
특히, 스텔스 기술은 상대방의 레이더, 적외선 탐지기, 음파탐지기 등으로부터 아군 무기체계의 각종 신호들을, 엄폐하는 기술을 의미하는데, 이러한 스텔스의 주요 기술로는 형상 변형 설계, 전자파 흡수재료, 전자파 흡수 구조를 적용하는 기술이 대표적이다. 형상 설계의 경우에는 항공기에 형상에 각도를 주어 전자파가 다른 방향으로 산란 되도록 설계하는 방법이다. 하지만 형상 설계는 항공기 공력 특성의 저하를 일으키고 이로 인해 항공기 성능이 저하되고, 전자파 흡수 재료의 경우 자성체 도료를 항공기 표면에 도포하여 전자파 흡수 성능을 구현하는 방법이다. 하지만 전자파 흡수 재료는 기계적 물성이 낮아지고, 유지 및 보수에 비용이 많이 들고, 환경에 취약하다는 단점이 있다. 최근, 전자파 흡수 재료의 단점을 보완하기 위해 전자파 흡수구조에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 전자파 흡수구조는 하중을 지지하는 동시에 효과적으로 전자기파를 흡수할 수 있는 기술이다. 하지만, 복합재료의 매트릭스에서 흡수 구조를 완벽히 제어하기 어렵고, 전기적 특성은 분산에 의존하는 경향이 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위해 주기적인 패턴을 활용하고, 패턴의 모재로 전도성 소재를 사용하는 PPS (periodic pattern surface)가 많이 연구되고 있다. In particular, stealth technology refers to a technology that covers various signals of friendly weapon systems from the opponent's radar, infrared detector, sonar, etc. The main technologies of such stealth include shape deformation design, electromagnetic wave absorbing material, and electromagnetic wave absorbing structure. The applied technology is an example. In the case of shape design, it is a method of designing an aircraft to scatter electromagnetic waves in different directions by giving an angle to the shape. However, shape design causes deterioration of aircraft aerodynamic properties, which leads to deterioration of aircraft performance. However, electromagnetic wave absorbing materials have disadvantages in that mechanical properties are low, maintenance and repair cost are high, and they are vulnerable to the environment. Recently, in order to compensate for the shortcomings of the electromagnetic wave absorbing material, research on the electromagnetic wave absorbing structure is being actively conducted. The electromagnetic wave absorption structure is a technology that can effectively absorb electromagnetic waves while supporting a load. However, it is difficult to completely control the absorption structure in the matrix of the composite material, and the electrical properties tend to depend on the dispersion. To solve this problem, a periodic pattern surface (PPS) using a periodic pattern and a conductive material as a base material for the pattern is being studied a lot.
이와 관련, 종래의 한국등록특허 제10-2119723호는 외부에 노출되는 전면에 형성되어 외부의 전자기파를 흡수하는 전파 흡수층; 및 상기 전파 흡수층의 후면에 배치되어 상기 전파 흡수층으로 흡수되는 전자기파를 반사하여 상쇄시키고, 낙뢰 피격시 낙뢰의 전기 에너지를 주변으로 전달하며 고밀도의 금속 메쉬를 포함하는 구조를 개시하고 있다.In this regard, the conventional Korean Patent Registration No. 10-2119723 discloses a radio wave absorbing layer formed on the front surface exposed to the outside to absorb external electromagnetic waves; and a structure including a high-density metal mesh, which is disposed on the rear surface of the radio wave absorbing layer to reflect and cancel electromagnetic waves absorbed by the radio wave absorbing layer, and transmits electrical energy of lightning to the surroundings when struck by lightning.
다만, 종래의 기술은 복합재 구조에 사용하는 낙뢰 보호성능을 위한 금속망을 전자기파 흡수 구조에 적용할 경우, 낙뢰 피격으로 인한 구조적인 손상은 예방할 수 있으나 복합재 구조 외부에 위치한 금속망으로 인해 입사된 전자기파를 대부분 반사 시키기 때문에 전자기파 흡수 구조의 역할을 제대로 수행할 수 없는 문제점이 있다However, in the prior art, when the metal mesh for lightning protection performance used in the composite structure is applied to the electromagnetic wave absorption structure, structural damage due to lightning strike can be prevented, but electromagnetic waves incident due to the metal mesh located outside the composite structure There is a problem in that it cannot perform the role of the electromagnetic wave absorption structure properly because it reflects most of the
본 발명은 복합재 구조에 사용하는 낙뢰 보호성능을 위한 금속망을 전자기파 흡수 구조에 적용할 경우 발생하는 전자기파 반사/흡수 구조의 성능을 유지하며 낙뢰 보호 기능을 구현하는 전도성 금속이 프린트된 라이트닝 스트립을 포함하는 주기 격자 패턴 전자기파 흡수체 구조물 및 이의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention maintains the performance of the electromagnetic wave reflection/absorbing structure generated when the metal mesh for lightning protection performance used in the composite structure is applied to the electromagnetic wave absorption structure and includes a lightning strip printed with a conductive metal that implements a lightning protection function An object of the present invention is to provide a periodic grating pattern electromagnetic wave absorber structure and a method for manufacturing the same.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 유전체 섬유, 금속 또는 전도성 잉크 중 적어도 하나 이상이 주기적 패턴 표면(PPS ; Periodic Pattern Surface) 형태로 프린팅 된 절연 필름(PI film)을 포함하고, 상기 절연 필름(PI film)을 복수 개의 격자 구조로 형성하여 은(Ag)으로 구성된 라이트닝 스트립격자로 연결하여 입사된 전자기파를 흡수하도록 구성된 것을 특징으로 하는 전도성 금속이 프린트된 라이트닝 스트립을 포함하는 주기 격자 패턴 전자기파 흡수체 구조물을 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention includes an insulating film (PI film) in which at least one of dielectric fibers, metal, or conductive ink is printed in the form of a Periodic Pattern Surface (PPS), and the insulating film ( Periodic lattice pattern electromagnetic wave absorber structure comprising a lightning strip printed with conductive metal, characterized in that it is configured to absorb incident electromagnetic waves by forming a PI film) into a plurality of lattice structures and connecting them to a lightning strip grid made of silver (Ag) provides
실시 예에 따라, 상기 절연 필름은, 제1레이어 형태로 형성되어 유리 섬유 강화 플라스틱(GFRP ; Glass Fiber Reinforced Plastics)으로 구성된 제2레이어의 상부에 적층되는 구조로 형성될 수 있다.According to an embodiment, the insulating film may be formed in the form of a first layer and stacked on top of a second layer made of Glass Fiber Reinforced Plastics (GFRP).
실시 예에 따라, 상기 제1레이어는 상기 주기적 패턴 표면을 포함하고, 상기 주기적 패턴 표면은 두께, 저항이 조절될 수 있다.According to an embodiment, the first layer may include the periodic pattern surface, and thickness and resistance of the periodic pattern surface may be adjusted.
실시 예에 따라, 상기 제2레이어는, 유리섬유 또는 에폭시를 더 포함할 수 있다.According to an embodiment, the second layer may further include glass fiber or epoxy.
바람직하게, 상기 절연 필름은, 8.2GHz 내지 12.4GHz 범위의 입사된 전자기파를 흡수하는 것을 특징으로 한다.Preferably, the insulating film is characterized in that it absorbs an incident electromagnetic wave in the range of 8.2 GHz to 12.4 GHz.
바람직하게, 상기 절연 필름은, 상기 8.2GHz 내지 12.4GHz 범위의 입사된 전자기파 흡수체로 동작하는 경우 -10dB 이하의 흡수성이 있다.Preferably, the insulating film has an absorption of -10 dB or less when operating as an incident electromagnetic wave absorber in the range of 8.2 GHz to 12.4 GHz.
바람직하게, 상기 절연 필름은, 상기 전자기파에 대한 하기 [수학식1]과 같은 반사 손실(RL: Return loss)로부터 설계될 수 있다.Preferably, the insulating film may be designed from a return loss (RL) as in
[수학식1][Equation 1]
(Return loss =
또한 본 발명은, 유전체 섬유, 금속 또는 전도성 잉크 중 적어도 하나 이상이 주기적 패턴 표면(PPS ; Periodic Pattern Surface) 형태로 프린팅 된 절연 필름(PI film)을 생성하는 단계; 및 상기 절연 필름(PI film)을 복수 개의 격자 구조로 형성하여 은(Ag)으로 구성된 라이트닝 스트립격자로 연결하는 단계를 포함하는 전도성 금속이 프린트된 라이트닝 스트립을 포함하는 주기 격자 패턴 전자기파 흡수체 구조물의 제조 방법을 제공한다.In addition, the present invention, at least one of a dielectric fiber, metal, or conductive ink to generate a periodic pattern surface (PPS; Periodic Pattern Surface) in the form of a printed insulating film (PI film); and forming the insulating film (PI film) into a plurality of lattice structures and connecting them to a lightning strip lattice made of silver (Ag). provide a way
실시 예에 따라, 상기 주기적 패턴 표면(PPS ; Periodic Pattern Surface) 형태로 제1레이어 형성하는 단계; 및 상기 제1레이어 하부에 유리 섬유 강화 플라스틱(GFRP ; Glass Fiber Reinforced Plastics)으로 구성된 제2레이어를 적층되는 구조로 형성하는 단계를 포함할 수 있다.According to an embodiment, forming a first layer in the form of the periodic pattern surface (PPS); and forming a second layer made of Glass Fiber Reinforced Plastics (GFRP) under the first layer in a laminated structure.
전술한 바와 같은 구성을 갖는 본 발명에 따르면, 주기적 패턴 표면은 전자기적 주파수 차이를 통해 공진을 활성화하고, 공진은 전자파 흡수에 유익한 효과를 낼 수 있다. According to the present invention having the configuration as described above, the periodic pattern surface activates resonance through an electromagnetic frequency difference, and the resonance can have a beneficial effect on electromagnetic wave absorption.
또한, 본 발명의 전도성 소재는 높은 전기 전도도를 유지하면서 우수한 계면 안전성, 유연성 및 접착성을 나타내어, 이를 포함하는 PPS층은 재료의 전도성을 제어하기 쉽고, 제작 비용이 적으며, 금속 재료 뿐만 아니라 다른 중합체와의 호환성이 매우 우수한 이점이 있다. In addition, the conductive material of the present invention exhibits excellent interfacial stability, flexibility and adhesion while maintaining high electrical conductivity, and the PPS layer including the same is easy to control the conductivity of the material, the manufacturing cost is low, and not only metal materials but also other materials. There is an advantage that compatibility with the polymer is very good.
또한, 본 발명의 PPS 층과 복합재의 조합은 하중지지 구조 뿐만 아니라 효과적인 전자기파 흡수 성능을 만족하는 다기능 복합재로서 큰 가능성을 갖는 이점이 있다.In addition, the combination of the PPS layer and the composite material of the present invention has the advantage of having great potential as a multifunctional composite material that satisfies not only the load-bearing structure but also the effective electromagnetic wave absorption performance.
도 1은 본 발명에 따른 낙뢰 보호 성능을 갖는 전자기파 흡수 구조의 구성.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 주기적 패턴 표면(PPS: Periodic Pattern Surface)을 구성하는 소재의 면 저항.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 전자기파 흡수 성능을 구현하기 위한 PPS 흡수체 모델링(A) 및 RLC 등가회로(B).
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 주기적 패턴 표면(PPS: Periodic Pattern Surface)의 흡수체 모식도(A)와 흡수체 패턴의 단면(B).
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 금속성(Metallic) 소재의 코팅 두께에 따른 전자기파 흡수 성능의 그래프.
도 6은 본 발명의 주기 격자 패턴 전자기파 흡수체 구조물의 제조 방법.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 스크린 인쇄 및 패턴 형성을 통한 구조물의 제조 방법.1 is a configuration of an electromagnetic wave absorption structure having a lightning protection performance according to the present invention.
Figure 2 is a sheet resistance of a material constituting a periodic pattern surface (PPS: Periodic Pattern Surface) according to an embodiment of the present invention.
3 is a PPS absorber modeling (A) and RLC equivalent circuit (B) for implementing the electromagnetic wave absorption performance according to an embodiment of the present invention.
4 is a schematic diagram (A) of an absorber of a Periodic Pattern Surface (PPS) and a cross-section (B) of the absorber pattern according to an embodiment of the present invention.
5 is a graph of electromagnetic wave absorption performance according to a coating thickness of a metallic material according to an embodiment of the present invention.
6 is a method of manufacturing a periodic grating pattern electromagnetic wave absorber structure of the present invention.
7 is a method of manufacturing a structure through screen printing and pattern formation according to an embodiment of the present invention.
이하, 본 명세서에서 사용되는 용어에 대해 간략히 설명하고, 본 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용으로서 본 발명의 바람직한 실시 예의 구성과 작용에 대해 구체적으로 설명하기로 한다.Hereinafter, the terms used in this specification will be briefly described, and the configuration and operation of a preferred embodiment of the present invention will be described in detail as specific content for carrying out the present invention.
본 명세서에서 사용되는 용어는 본 발명에서의 기능을 고려하면서 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어들을 선택하였으나, 이는 당 분야에 종사하는 기술자의 의도 또는 판례, 새로운 기술의 출현 등에 따라 달라질 수 있다. 또한, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우 해당되는 발명의 설명 부분에서 상세히 그 의미를 기재할 것이다. 따라서 본 발명에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌, 그 용어가 가지는 의미와 본 발명의 전반에 걸친 내용을 토대로 정의되어야 한다. The terms used in this specification have been selected as currently widely used general terms as possible while considering the functions in the present invention, but these may vary depending on the intention or precedent of a person skilled in the art, the emergence of new technology, and the like. In addition, in a specific case, there is a term arbitrarily selected by the applicant, and in this case, the meaning will be described in detail in the description of the corresponding invention. Therefore, the term used in the present invention should be defined based on the meaning of the term and the overall content of the present invention, rather than the name of a simple term.
명세서 전체에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있음을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "...부", "모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어 또는 소프트웨어로 구현되거나 하드웨어와 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다. 또한, 명세서 전체에서 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, "그 중간에 다른 구성을 사이에 두고" 연결되어 있는 경우도 포함한다.In the entire specification, when a part "includes" a certain element, this means that other elements may be further included, rather than excluding other elements, unless otherwise stated. In addition, terms such as "...unit" and "module" described in the specification mean a unit that processes at least one function or operation, which may be implemented as hardware or software, or a combination of hardware and software. . In addition, when a certain part is said to be "connected" with another part throughout the specification, this includes not only a case in which it is "directly connected" but also a case in which it is connected "with another configuration in the middle".
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시 예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those of ordinary skill in the art can easily carry out the present invention. However, the present invention may be implemented in several different forms and is not limited to the embodiments described herein. And in order to clearly explain the present invention in the drawings, parts irrelevant to the description are omitted, and similar reference numerals are attached to similar parts throughout the specification.
본 발명에서 절연 필름은 PI film(Polyimide film)을 의미하고, 주기적 패턴 표면은 PPS(Periodic Pattern Surface), 금속 또는 금속성은 metallic 과 동일한 의미로 사용될 수 있다.In the present invention, the insulating film means a polyimide film (PI film), the periodic pattern surface may be used as a PPS (Periodic Pattern Surface), and metal or metallic may be used as the same meaning as metallic.
도 1은 본 발명에 따른 낙뢰 보호 성능을 갖는 전자기파 흡수 구조의 구성을 나타낸다.1 shows the configuration of an electromagnetic wave absorbing structure having lightning protection performance according to the present invention.
도 1을 참조하면, 본 발명은 주기적 패턴 표면(PPS ; Periodic Pattern Surface)과 절연 필름(PI film) 그리고 라이트닝 스트립 격자로 이루어질 수 있다.Referring to FIG. 1 , the present invention may include a periodic pattern surface (PPS), an insulating film (PI film), and a lighting strip grid.
주기적 패턴 표면(PPS ; Periodic Pattern Surface)은 유전체 섬유, 금속 또는 전도성 잉크 중 적어도 하나 이상으로 구성될 수 있다.A periodic pattern surface (PPS) may be formed of at least one of a dielectric fiber, a metal, or a conductive ink.
절연 필름(PI film)은, 제1레이어 형태로 형성되어 유리 섬유 강화 플라스틱(GFRP ; Glass Fiber Reinforced Plastics)으로 구성된 제2레이어의 상부에 적층되는 구조로 형성될 수 있다.The insulating film (PI film) may be formed in the form of a first layer and laminated on an upper portion of a second layer made of Glass Fiber Reinforced Plastics (GFRP).
상기 제1레이어는 상기 주기적 패턴 표면을 포함하고, 상기 주기적 패턴 표면은 두께, 저항이 조절될 수 있고, 제2레이어는, 유리섬유 또는 에폭시를 더 포함할 수 있다.The first layer may include the periodic pattern surface, the periodic pattern surface may have an adjustable thickness and resistance, and the second layer may further include glass fiber or epoxy.
제1레이어와 제2레이어로 구성된 절연 필름은 입사된 전자기파 흡수 성능을 나타냄과 동시에 PI film층에 Metallic 소재를 코팅하여 낙뢰 보호 성능을 갖는 평판형 구조로 형성될 수 있다. The insulating film composed of the first layer and the second layer can be formed into a flat plate structure having lightning protection performance by coating a metallic material on the PI film layer while exhibiting incident electromagnetic wave absorption performance.
또한, 절연 필름(PI film)의 경우, 복수 개의 격자 구조로 형성되어 은(Ag)으로 구성된 라이트닝 스트립격자로 연결도리 수 있고, 입사된 전자기파를 흡수하도록 구성될 수 있다.In addition, in the case of the insulating film (PI film), it may be formed in a plurality of lattice structures and connected to a lightning strip lattice made of silver (Ag), and may be configured to absorb an incident electromagnetic wave.
즉, 본 발명의 항공기용 낙뢰보호 성능을 갖는 전자기파 흡수체는 PPS를 적용한 PI film으로 구현되어 2층형 복합재 구조로 설계 및 제작되며, 일반 유리섬유/에폭시와 metallic 소재와 전도성 잉크가 주기적인 패턴으로 코팅된 PI film으로 구성되어 있고, 임피던스 정합을 일으키는 최적의 전자기파 흡수 성능을 갖는 두께 및 패턴 크기로 설계 될 수 있다.That is, the electromagnetic wave absorber with lightning protection performance for aircraft of the present invention is implemented as a PI film to which PPS is applied, and is designed and manufactured in a two-layered composite structure, and general glass fiber/epoxy, metallic material and conductive ink are coated in a periodic pattern. It is composed of a PI film, and it can be designed with a thickness and pattern size with optimum electromagnetic wave absorption performance that causes impedance matching.
실시 예에 따라 설계된 주기 격자 패턴 전자기파 흡수체 구조물의 구성은 제1레이어가 0.175 mm로, 제2레이어가 3.0mm로 구성될 수 있으며, 전자기파를 효과적으로 흡수하는 낙뢰 보호 시스템이 적용된 구조를 해석프로그램(CST STUDIO)를 통해 설계할 수 있다.The structure of the periodic lattice pattern electromagnetic wave absorber structure designed according to the embodiment may consist of a first layer of 0.175 mm and a second layer of 3.0 mm. It can be designed through STUDIO).
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 주기적 패턴 표면(PPS: Periodic Pattern Surface)을 구성하는 소재의 면 저항을 나타낸다.2 shows the sheet resistance of a material constituting a periodic pattern surface (PPS) according to an embodiment of the present invention.
도 2를 참조하면, 흡수체 구조물은 낙뢰 보호가 되는 항공기용 스텔스 복합재 구조로 구현되며 절연 필름(PI film)위에 전도성 잉크와 metallic 소재를 프린팅하여 PPS를 구현하였고, 실시 예에 따라 잉크부의 면저항은 평균 150 ohm/sq, metallic 소재의 면저항은 평균 0.45 ohm/sq로 형성될 수 있으며 이에 한정되지 않는다.Referring to FIG. 2 , the absorber structure is implemented as a stealth composite structure for an aircraft that provides lightning protection, and PPS is implemented by printing conductive ink and metallic material on an insulating film (PI film), and according to an embodiment, the sheet resistance of the ink part is average 150 ohm/sq, the sheet resistance of the metallic material may be formed with an average of 0.45 ohm/sq, but is not limited thereto.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 전자기파 흡수 성능을 구현하기 위한 PPS 흡수체 모델링(A) 및 RLC 등가회로(B)를 나타낸다.3 shows a PPS absorber modeling (A) and an RLC equivalent circuit (B) for implementing the electromagnetic wave absorption performance according to an embodiment of the present invention.
도 3을 참조하면, PPS(Periodic Pattern Surface)는 도체의 저항(R) 및 인덕턴스(L), 도체 간의 간격에 의한 커패시턴스(C) 성분을 가지며, 이들 성분의 조절에 의해 전파의 반사/투과 특성을 제어할 수 있다. 등가회로 방법은 PPS를 인덕턴스 및 커패시턴스로 구성되는 등가회로로 변환시켜 회로 파라미터를 추출하는 방법으로, 다른 방법에 비해 간단하고 계산 시간이 빠르다는 장점이 있다.Referring to FIG. 3 , PPS (Periodic Pattern Surface) has a resistance (R) and inductance (L) of a conductor, and a capacitance (C) component due to the distance between the conductors, and the reflection/transmission characteristics of radio waves by adjusting these components can be controlled. The equivalent circuit method is a method of extracting circuit parameters by converting the PPS into an equivalent circuit consisting of inductance and capacitance, and has the advantage of being simpler and faster than other methods.
실시 예로, 입사 전파에 의해 PPS 도체 사이에 커패시턴스(C)가 형성되며, 도체를 따라 흐르는 전류에 의해 인덕턴스(L)가 형성될 수 있으며, 완전 도체라고 가정하면 등가회로는 L-C 직렬회로로 표시할 수 있고, 공진주파수에서 투과율이 0이 되는 대역저지(band-stop) 특성을 보일 수 있다. For example, a capacitance (C) is formed between the PPS conductors by an incident radio wave, and an inductance (L) can be formed by a current flowing along the conductor. and may exhibit a band-stop characteristic in which the transmittance becomes 0 at the resonant frequency.
유도성 리액턴스와 용량성 서셉턴스로 표시되는 공진주파수 식으로부터 L과 C를 추출할 수 있다. 이러한 원리를 이용하여 후면을 금속으로 단락시키고, 표면에 PPS가 부착된 전파 흡수체의 모식도 및 등가회로로 볼 수 있다. L and C can be extracted from the resonance frequency equations expressed as inductive reactance and capacitive susceptance. Using this principle, it can be seen as a schematic diagram and equivalent circuit of a radio wave absorber with a PPS attached to the surface by shorting the back side with a metal.
두께 t (mm)인 유전체 기판의 후면을 금속으로 단락시켰을 때, 유전체 표면에서의 어드미턴스(Yd)는 다음과 같이 표시될 수 있다.When the back surface of a dielectric substrate having a thickness t (mm) is short-circuited with a metal, the admittance (Yd) at the dielectric surface can be expressed as follows.
여기서, 
PPS의 어드미턴스(YPPS)와 표면의 입력 어드미턴스(Yd)를 병렬 합성하면, 전체 어드미턴스(Ytotal)는 다음과 같이 주어진다.If the admittance (YPPS) of the PPS and the input admittance (Yd) of the surface are combined in parallel, the total admittance (Ytotal) is given as follows.
PPS의 전파흡수체의 반사계수(
위 식을 통해 Return loss를 측정할 수 있으며, 두께와 면 저항(R), 패턴의 형상 변형을 통해 목표 주파수 대역인 X-band에서 -10 dB이하의 Return loss값을 갖도록 설계될 수 있다.The return loss can be measured through the above formula, and it can be designed to have a return loss value of -10 dB or less in the X-band, the target frequency band, through thickness, sheet resistance (R), and shape deformation of the pattern.
실시 예에 따라 절연 필름은, 상기 전자기파에 대한 하기 [수학식1]과 같은 반사 손실(RL: Return loss)로부터 설계될 수 있다.According to an embodiment, the insulating film may be designed from a return loss (RL) as in the following [Equation 1] for the electromagnetic wave.
[수학식1][Equation 1]
(Return loss =
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 주기적 패턴 표면(PPS: Periodic Pattern Surface)의 흡수체 모식도(A)와 흡수체 패턴의 단면(B)을 나타낸다.4 is a schematic diagram (A) of an absorber of a Periodic Pattern Surface (PPS) and a cross-section (B) of the absorber pattern according to an embodiment of the present invention.
도 4를 참조하면, 도 1의 흡수체 구조물의 세부 격자간 넓이 거리 등에 대해 정의 될 수 있으며, 실시 예에 따라,Referring to FIG. 4 , it may be defined with respect to the detailed inter-lattice width and the like of the absorber structure of FIG. 1 , and according to an embodiment,
Wp: 전도성 잉크가 프린트되는 width (mm) (6 mm로 고정)Wp: Width (mm) at which conductive ink is printed (fixed at 6 mm)
W : 은(Ag)이 프린트 되는 width (mm) (변수)W : Width (mm) (variable) where silver (Ag) is printed
Radius : 전류집중을 방지하기 위한 conner fillet의 반지름 (2 mm로 고정)Radius: The radius of the conner fillet to prevent current concentration (fixed at 2 mm)
주기적 패턴 표면(PPS ; Periodic Pattern Surface)과 절연 필름(PI film) 그리고 라이트닝 스트립 격자를 알 수 있다.The periodic pattern surface (PPS), the insulating film (PI film), and the lightning strip grating can be seen.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 금속성(Metallic) 소재의 코팅 두께에 따른 전자기파 흡수 성능의 그래프를 나타낸 것으로, 전자기파 흡수 구조의 성능은 자유공간측정장비를 통해 측정되었다.5 is a graph showing the electromagnetic wave absorption performance according to the coating thickness of the metallic material according to an embodiment of the present invention, and the performance of the electromagnetic wave absorption structure was measured using a free space measuring device.
도 5를 참조하면, 전자기파 흡수 구조의 낙뢰 보호성능을 위한 Metallic 소재의 코팅 두께에 따른 흡수 성능을 나타내고, 코팅 두께를 0,1,2 mm로 설정하여 해석한 결과를 나타낸다.5, the absorption performance according to the coating thickness of the metallic material for the lightning protection performance of the electromagnetic wave absorption structure is shown, and the analysis result is shown by setting the coating thickness to 0,1,2 mm.
도 5를 참조하면, 절연 필름은, 8.2GHz 내지 12.4GHz 범위의 입사된 전자기파를 흡수하며, 상기 8.2GHz 내지 12.4GHz 범위의 입사된 전자기파 흡수체로 동작하는 경우 -10Db 이하의 흡수성을 보일 수 있다.Referring to FIG. 5 , the insulating film absorbs an electromagnetic wave incident in the range of 8.2 GHz to 12.4 GHz, and when operated as an absorber of electromagnetic wave incident in the range of 8.2 GHz to 12.4 GHz, it may exhibit absorption of -10 Db or less.
프린팅되는 은(Ag)의 width에 따라 흡수성능은 변화할 수 있으며, 이러한 결과는 전자파 흡수성능을 만족함과 동시에 은(Ag)의 width가 늘어남에 따라 최대 전류 허용치(용량)가 증가하여 낙뢰보호 성능 역시 증가하는 것을 의미한다. 3D 프린팅을 통해 프린팅되는 은의 width를 제어할 수 있기 때문에 목표 주파수 대역에서 우수한 전자파 흡수성능을 나타낼 수 있다.Absorption performance may change depending on the width of silver (Ag) to be printed. This result satisfies the electromagnetic wave absorption performance and at the same time increases the maximum allowable current (capacity) as the width of silver (Ag) increases, resulting in lightning protection performance. It also means increasing. Because the width of printed silver can be controlled through 3D printing, excellent electromagnetic wave absorption performance can be exhibited in the target frequency band.
다시 말해서, 본 발명은 PPS를 적용한 PI film을 통해 입사된 전자기파 흡수 성능을 나타냄과 동시에 PI film층에 Metallic 소재를 코팅하여 낙뢰 보호 성능을 갖는 평판형 구조로서 유전체 섬유 및 PPS가 적용된 절연 필름으로 구성되어 전자기파 흡수 성능을 보일 수 있다.In other words, the present invention is a flat structure with a lightning protection performance by coating a metallic material on the PI film layer while exhibiting the electromagnetic wave absorption performance through the PI film to which the PPS is applied. It can show electromagnetic wave absorption performance.
본 발명의 실시 예에서 낙뢰 보호 시스템은 metallic 소재를 절연 필름에 주기 격자 패턴을 따라 코팅하여 lightning strip의 역할을 수행하고, 이는 전자기파 흡수 성능에도 기여할 수 있으며, 낙뢰로부터 복합재 구조물을 보호하는 역할을 한다.In an embodiment of the present invention, the lightning protection system performs the role of a lightning strip by coating a metallic material on an insulating film along a periodic lattice pattern, which can also contribute to the electromagnetic wave absorption performance, and serves to protect the composite structure from lightning .
도 6은 본 발명의 주기 격자 패턴 전자기파 흡수체 구조물의 제조 방법을 나타낸다.6 shows a method of manufacturing the periodic grating pattern electromagnetic wave absorber structure of the present invention.
도 6을 참조하면, 본 발명은 절연 필름을 생성하는 단계 및 라이트닝 스트립격자로 연결하는 단계를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 6 , the present invention may include generating an insulating film and connecting the insulating film to a lighting strip grid.
절연 필름을 생성하는 단계는 유전체 섬유, 금속 또는 전도성 잉크 중 적어도 하나 이상이 주기적 패턴 표면(PPS ; Periodic Pattern Surface) 형태로 프린팅하는 과정이다.The step of generating the insulating film is a process of printing at least one of dielectric fibers, metals, and conductive inks in the form of a Periodic Pattern Surface (PPS).
라이트닝 스트립격자로 연결하는 단계는, 프린팅 된 복수개의 절연 필름을 격자 구조로 형성하여 은(Ag)으로 구성된 라이트닝 스트립격자로 연결하는 과정이다.The step of connecting to the lightning strip grid is a process of forming a plurality of printed insulating films in a grid structure and connecting them to a lighting strip grid made of silver (Ag).
또한, 실시 예에 따라 주기적 패턴 표면(PPS ; Periodic Pattern Surface) 형태로 제1레이어 형성하는 단계; 및 상기 제1레이어 하부에 유리 섬유 강화 플라스틱(GFRP ; Glass Fiber Reinforced Plastics)으로 구성된 제2레이어를 적층되는 구조로 형성하는 단계를 포함할 수 있다.In addition, according to an embodiment, the method comprising: forming a first layer in the form of a Periodic Pattern Surface (PPS); and forming a second layer made of Glass Fiber Reinforced Plastics (GFRP) under the first layer in a laminated structure.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 스크린 인쇄 및 패턴 형성을 통한 구조물의 제조 방법을 나타낸다.7 shows a method of manufacturing a structure through screen printing and pattern formation according to an embodiment of the present invention.
도 7을 참조하면, 주기적 패턴 표면과 전도성 잉크를 통해 기판 표면에 패턴을 형성하는 과정을 나타낼 수 있다.Referring to FIG. 7 , a process of forming a pattern on a surface of a substrate through a periodic pattern surface and conductive ink may be illustrated.
실시 예에 따라 표 1과 같이 각 크기 및 전력으로 구현될 수 있으며,Depending on the embodiment, it may be implemented with each size and power as shown in Table 1,
50/60 Hz200V, 3-phase,
50/60 Hz
위 과정을 통해 스크린 인쇄를 실시 할 수 있다.Screen printing can be performed through the above process.
스크린 인쇄(screen printing)의 기본 메커니즘은 스크린 위에 잉크(ink) 또는 페이스트(paste)를 도포하고, 일정 압력이 가해진 스퀴지(squeegee)를 운동시켜 스크린 마스크(mask)에 형성된 개구부를 통해 유입된 페이스트로 인쇄 대상물에 패턴 (pattern)을 형성하는 공법이다. The basic mechanism of screen printing is to apply ink or paste on the screen, and move a squeegee to which a certain pressure is applied to the paste introduced through an opening formed in the screen mask. It is a method of forming a pattern on an object to be printed.
PPS 패턴을 적용하기 위해 2가지 스크린 마스크에 설계를 통해 디자인 된 Periodic pattern 및 Lightning strip의 형상을 적용하고, 스크린 상부에 전도성 잉크(Roctite M 2014RS), 은(Ag)을 도포하여 일정한 압력이 가해지는 스퀴지를 통해 패턴을 인쇄 및 형성할 수 있다.To apply the PPS pattern, the periodic pattern and lightning strip designed through design are applied to two screen masks, and conductive ink (Roctite M 2014RS) and silver (Ag) are applied on the top of the screen to apply a constant pressure. The pattern can be printed and formed through a squeegee.
본 발명의 전도성 소재는 높은 전기 전도도를 유지하면서 우수한 계면 안전성, 유연성 및 접착성을 나타내어, 이를 포함하는 PPS층은 재료의 전도성을 제어하기 쉽고, 제작 비용이 적으며, 금속 재료 뿐만 아니라 다른 중합체와의 호환성이 매우 우수한 이점이 있다.The conductive material of the present invention exhibits excellent interfacial stability, flexibility, and adhesion while maintaining high electrical conductivity, and the PPS layer including the same is easy to control the conductivity of the material, has a low manufacturing cost, and is compatible with other polymers as well as metal materials. It has the advantage of very good compatibility.
이상에서 대표적인 실시예를 통하여 본 발명을 상세하게 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 상술한 실시예에 대하여 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 변형이 가능함을 이해할 것이다. 그러므로 본 발명의 권리 범위는 설명한 실시예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 특허청구범위와 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태에 의하여 정해져야 한다.Although the present invention has been described in detail through representative embodiments above, those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains will understand that various modifications are possible within the limits without departing from the scope of the present invention with respect to the above-described embodiments. will be. Therefore, the scope of the present invention should not be limited to the described embodiments and should be defined by all changes or modifications derived from the claims and equivalent concepts as well as the claims to be described later.
Claims (9)
상기 절연 필름(PI film)을 복수 개의 격자 구조로 형성하여 은(Ag)으로 구성된 라이트닝 스트립격자로 연결하여 입사된 전자기파를 흡수하도록 구성된 것을 특징으로 하는 전도성 금속이 프린트된 라이트닝 스트립을 포함하는 주기 격자 패턴 전자기파 흡수체 구조물.
At least one of dielectric fibers, metal, or conductive ink comprises an insulating film (PI film) printed in the form of a periodic pattern surface (PPS),
A periodic grid comprising a lightning strip printed with a conductive metal, characterized in that the insulating film (PI film) is formed into a plurality of grid structures and connected to a lighting strip grid made of silver (Ag) to absorb incident electromagnetic waves Patterned electromagnetic wave absorber structure.
상기 절연 필름은,
제1레이어 형태로 형성되어 유리 섬유 강화 플라스틱(GFRP ; Glass Fiber Reinforced Plastics)으로 구성된 제2레이어의 상부에 적층되는 구조로 형성될 수 있는 것을 특징으로 하는 전도성 금속이 프린트된 라이트닝 스트립을 포함하는 주기 격자 패턴 전자기파 흡수체 구조물.
The method of claim 1,
The insulating film is
A cycle comprising a lightning strip printed with conductive metal, characterized in that it is formed in the form of a first layer and laminated on top of a second layer made of glass fiber reinforced plastics (GFRP) A grid pattern electromagnetic wave absorber structure.
상기 제1레이어는 상기 주기적 패턴 표면을 포함하고,
상기 주기적 패턴 표면은 두께, 저항이 조절될 수 있는 것을 특징으로 하는 전도성 금속이 프린트된 라이트닝 스트립을 포함하는 주기 격자 패턴 전자기파 흡수체 구조물.
3. The method of claim 2,
said first layer comprising said periodic patterned surface;
The periodic lattice pattern electromagnetic wave absorber structure comprising a conductive metal printed lightning strip, characterized in that the periodic pattern surface has an adjustable thickness and resistance.
상기 제2레이어는,
유리섬유 또는 에폭시를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전도성 금속이 프린트된 라이트닝 스트립을 포함하는 주기 격자 패턴 전자기파 흡수체 구조물.
3. The method of claim 2,
The second layer is
A periodic lattice pattern electromagnetic wave absorber structure comprising a lightning strip printed with a conductive metal, characterized in that it further comprises fiberglass or epoxy.
상기 절연 필름은,
8.2GHz 내지 12.4GHz 범위의 입사된 전자기파를 흡수하는 것을 특징으로 하는 전도성 금속이 프린트된 라이트닝 스트립을 포함하는 주기 격자 패턴 전자기파 흡수체 구조물.
The method of claim 1,
The insulating film is
A periodic lattice pattern electromagnetic wave absorber structure comprising a lightning strip printed with a conductive metal, characterized in that it absorbs incident electromagnetic waves in the range of 8.2 GHz to 12.4 GHz.
상기 절연 필름은,
상기 8.2GHz 내지 12.4GHz 범위의 입사된 전자기파 흡수체로 동작하는 경우 -10Db 이하의 흡수성을 보이는 것을 특징으로 하는 전도성 금속이 프린트된 라이트닝 스트립을 포함하는 주기 격자 패턴 전자기파 흡수체 구조물.
6. The method of claim 5,
The insulating film is
A periodic lattice pattern electromagnetic wave absorber structure comprising a lightning strip printed with a conductive metal, characterized in that when it operates as an incident electromagnetic wave absorber in the range of 8.2 GHz to 12.4 GHz, absorption of -10 Db or less.
상기 절연 필름은,
상기 전자기파에 대한 하기 [수학식1]과 같은 반사 손실(RL: Return loss)로부터 설계되는 것을 특징으로 하는 전도성 금속이 프린트된 라이트닝 스트립을 포함하는 주기 격자 패턴 전자기파 흡수체 구조물.
[수학식1]
(Return loss =
The method of claim 1,
The insulating film is
A periodic lattice pattern electromagnetic wave absorber structure comprising a lightning strip printed with a conductive metal, characterized in that it is designed from a return loss (RL) as in the following [Equation 1] for the electromagnetic wave.
[Equation 1]
(Return loss =
상기 절연 필름(PI film)을 복수 개의 격자 구조로 형성하여 은(Ag)으로 구성된 라이트닝 스트립격자로 연결하는 단계를 포함하는 전도성 금속이 프린트된 라이트닝 스트립을 포함하는 주기 격자 패턴 전자기파 흡수체 구조물의 제조 방법.
Generating an insulating film (PI film) in which at least one of dielectric fibers, metal, or conductive ink is printed in the form of a Periodic Pattern Surface (PPS); and
A method of manufacturing a periodic lattice pattern electromagnetic wave absorber structure including a lightning strip printed with a conductive metal, comprising the step of forming the insulating film (PI film) into a plurality of lattice structures and connecting them to a lightning strip lattice made of silver (Ag) .
상기 주기적 패턴 표면(PPS ; Periodic Pattern Surface) 형태로 제1레이어 형성하는 단계; 및
상기 제1레이어 하부에 유리 섬유 강화 플라스틱(GFRP ; Glass Fiber Reinforced Plastics)으로 구성된 제2레이어를 적층되는 구조로 형성하는 단계를 포함하는 전도성 금속이 프린트된 라이트닝 스트립을 포함하는 주기 격자 패턴 전자기파 흡수체 구조물의 제조 방법.9. The method of claim 8,
forming a first layer in the form of the periodic pattern surface (PPS); and
Periodic lattice pattern electromagnetic wave absorber structure comprising a lightning strip printed with conductive metal, comprising forming a second layer made of Glass Fiber Reinforced Plastics (GFRP) under the first layer in a laminated structure manufacturing method.
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| KR102633849B1 (en) * | 2023-08-31 | 2024-02-07 | 국방과학연구소 | Electromagnetic wave absorbers and design methods with multiple surface resistance |
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2020
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Patent Citations (3)
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