최근 급성장하고 있는 정보처리 속도의 고속화와 IC 기술의 고집적화에 따른 소형화와 모바일화는 대부분 GHz 대의 높은 주파수를 이용하며, 인접 소자 또는 배선 간의 상호 간섭, 배선을 통한 노이즈의 전도 및 방사를 유발하여 EMC(Electromagnetic Compatibility) 대책 기술의 주요 과제로 대두되고 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위해 전파흡수체 및 차폐재의 개발이 활발히 진행 중이며, 이를 적절한 위치에 부착시킴으로써 PCB상에서의 전자파 노이즈 방사를 감소시킬 수 있다. 따라서 본 논문에서는 EMC 대책 기술 중 전파흡수체를 이용한 PCB 기판상의 불요 전자파 노이즈 억제용 전파흡수체의 특성 파악을 위하여 마이크로스트립 라인법을 이용하여 전파흡수체를 측정하여 재료 정수의 복소비 투자율의 변화에 따른 노이즈 억제 효과의 변화를 비교 분석하였다. 우선 자성 재료인 Amprphous와 Sendust를 지지재인 CPE를 이용하여 조성비별 샘플을 제작하여 측정하였다. 자성 재료의 투자율의 값은 높은 허수부의 값을 가지며, 손실 탄젠트의 값이 큰 재료일수록 우수한 노이즈 특성이 나타남을 확인하였다.
본 논문에서 Sendust, Mn-Zn, Ni-Zn, Ba, Sr Ferrite를 사용하여 페인트형 흡수체를 제작하였다. 지지재로서는 enamel, epoxy, urethane 페인트들을 사용하여 각각 흡수능을 측정하였다. 그리고 $Al(OH)_3$으로 코팅한 흡수체의 대역폭은 코팅을 하지 않은 것보다 더 넓어지는 것을 알 수 있다. 또 2 mm 두께의 적층형 흡수체는 X-band에서 대략 20 dB의 흡수능을 보여준다.
군사적인 용도로 사용 중인 탐지레이다는 사용대역이 정정 광대역화 되고 있으며 최근에는 Millimeter-Wave 영역까지 확장되고 있다. 탐지를 목적으로 하는 군사용 레이다의 Millimeter-Wave 사용대역은 대부분이 35 GHz와 94 GHz 영역이기 때문에 탐지 회피를 위한 전파흡수체의 설계는 필수적인 문제라 할 수 있다. 따라서 본 논문에서는 94 GHz 대역의 전파흡수체를 10 dB 이상의 흡수능을 가지도록 개발하기 위하여 연구를 진행하였으며, FDTD를 이용해 시뮬레이션 결과를 토대로 94 GHz 대역의 전파흡수체를 제작한 결과, 조성비 Binder(CPE 외 additional material) : Carbon=70 : 30 wt.%, 두께 0.7 mm에서 14 dB 이상의 흡수능을 나타내었다.
경량 전파흡수체 구현 방안의 하나로 저밀도(약 0.2g/cc) 중공미세구 표면에 수 ${\cal}um$ 두께의 Co 피막을 무전해 도금에 의해 코팅하고, 고주파 전자기 특성 및 전파흡수특성을 조사하였다. Co 도금은 활성화 처리와 도금공정 2단계 과정을 거쳐 시행되었다. 도금공정의 반복에 의해 두께 $2{\~}3\mu$m의 균일한 Co 피막을 얻을 수 있었다. 이 분말을 실리콘 고무와 혼합하여 복합체를 제조하고, 고주파 전자기 물성 및 전파흡수특성을 회로망 분석기로 측정하였다. Co 피막의 강자성 특성 및 전도 특성에 의해 높은 자기손실 및 유전상수를 얻을 수 있었다. 이와 같은 전자기적 특성에 의해 GHz 대역에서 우수한 전파흡수특성(두께 2.0$\~$2.5mm, 전파흡수능 20dB 이상)이 확인되었다. 특히 Co 도금 중공미세구의 밀도(0.84 g/cc)는 페라이트(5.0 g/cc)에 비해 약 1/6에 불과하기 때문에 경량 전파흡수체로서 응용가치가 매우 높음을 제시할 수 있었다.
고성능 광대역 복합형 전자파 흡수체를 개발하기 위해 지금까지 지지재로 주로 사용되어오던 Silicone과 CPE 그리고 본 연구에서 새롭게 제안하는 전통 옻에서 사용되어 오던 옻에 대한 전자파 흡수능을 조사하였다. 또한 이들과 MnZn 페라이트를 혼합한 전자파 흡수체를 제작하여 이들의 전자파 흡수능을 조사하였다. 옻을 지지재로 한 MnZn 페라이트 복합형 전자파 흡수체는 CPE와 Silicone을 지지재로 한 전자파 흡수체에 비하여 광대역에서 우수한 전파흡수특성을 나타내었다.
이동통신주파수 대역에서 박형의 전파흡수체를 제작하기 위해 순철 분말을 흡수 충진재로 사용한 고무 복합체의 고주파 특성(복소투자율, 복소유전율) 및 전파흡수특성에 대해 조사하였다. 주요 실험변수는 순철 분말의 초기입도와 형상(구형, 압분체) 변화였다. Attrition milling에 의해 두께가 표피두께보다 작은 순철 압분체를 제작함으로써 임피던스정합 조건에 근접하는 고투자율과 고유전율을 동시에 얻을 수 있었다. 이는 milling에 의해 구형에서 평판상으로 모양이 바뀜에 따라 와전류 손실이 감소하고(복소투자율의 증가), 압분체 간의 정전용량이 증가한 것(복소유전율의 증가)에 기인한다. 초기입도가 10$\mu\textrm{m}$인 순철 압분체를 흡수 충진재로 사용함으로써 이동통신주파수 대역(0.8-2.0㎓)에서 반사손실이 -5㏈(70% 전력흡수율), 두께가 0.7mm 수준인 박형의 전파흡수체를 제안할 수 있었다.
전파흡수체의 전파흡수능 측정방법은 기본적으로 다양한 마이크로파 측정법이 이용될 수 있지만, 레이다용 전파흡수체의 경우, 전파의 주파수가 높기 때문에 파장이 짧아서 측정오차가 큰 문제점이 있다. 따라서, 지금까지는 $20mm\Phi$동축관 및 구형도파관을 이용한 재료정수측정법과 전파흡수능측정기법에 관하여 검토하여 왔다. 본 논문에서는 그동안 실험실적으로 설계하여 온 X-Barn Radar용 전파홉수체를 실용의 상태에 가까운 반사 전력법에 의하여 그 성능을 예비평가하고, 실제의 target를 제작하여 X-Band Radar로 실장실험한 결과에 관하여 보고한다.
본 논문에서는 X-대역(8~12 GHz) 응용을 위한 광대역 전파 흡수체를 제안하였다. 제안된 흡수체 unit cell 구조는 슬롯과 슬릿을 포함하는 공진기, 뒷면의 도체판, $8.5{\times}8.5{\times}0.5mm^3$의 크기를 갖는 Taconic RF-30(${\varepsilon}_r=3$, $tan{\delta}=0.0014$) 기판으로 이루어져 있다. 제안된 흡수체는 9.83 GHz와 10.37 GHz에서 공진이 발생하는 이중 공진 특성을 갖는다. 제안된 흡수체 구조의 동작 원리를 검증하기 위하여 각각의 공진주파수에서 unit cell 구조의 표면 전류 분포를 분석하였다. 제안된 흡수체의 성능을 확인하기 위하여 $20{\times}20$개의 unit cell 배열 시제품을 제작하였다. 측정 결과, 최대 흡수율을 갖는 지점에서 모두 99 % 이상의 흡수율이 측정되었으며, 측정된 full-width at half-maximum(FWHM) 대역폭은 1.1 GHz(9.51~10.61 GHz)이다.
전자 및 전파 통신기술의 급속한 발전에 따라 인류는 정보통신의 커다란 혜택을 누릴 수 있게 되었다. 그러나 전자파환경은 보다 복잡해지고, 각종 전자기기를 비롯한 인체에 다양한 영향을 미치게 되어 ANSI, FCC, CISPR 등과 같은 국제기구에서는 다양한 전자파환경을 규제하고, 효율적인 제어 및 대책을 수립해 오고 있다. 본 논문에서는 방열 기능을 가지면서 고성능의 전파흡수체 제조 방법을 제안하고, 나아가 미래의 스마트 전파흡수체의 전망을 기술하였다. 산화철($Fe_2O_3$)과 세라믹의 혼합물을 고온 열처리한 후, 탄소 물질과 배합하여 저온 열처리하고, 개구를 형성하여 2~2.45 GHz에서 방열 기능을 가지면서 흡수능이 20 dB 이상인 고성능 전파흡수체를 개발하였다. 이 스마트 전파흡수체는 다양한 전자, 통신, 제어, 전파 시스템의 회로 및 부품 보호용 소재로 활용성이 높을 것으로 보인다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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