KR940005137B1 - 박판형 전파흡수체 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

박판형 전파흡수체

제1도 내지 제6도는 본 발명 실시예 시편에 대한 주파수와 두께 변화에 따른 임피던스 궤적을 나타낸 스미스 챠트(Smith Chart).

본 발명은 서로 다른 전자기적 특성을 갖는 이종의 페라이트를 혼합, 소결하여 소결페라이트의 전체손실을 증가시킴으로써 전파 흡수재료의 정합두께를 감소시킨 박판형 전파흡수체에 관한 것이다.

최근, 정보통신기술의 발달과 다양한 전자기기의 사용확대에 따라 불필요한 전파의 발생으로 인한 전자기기 관련 장치의 오동작을 초래하는 등의 전파공해의 문제가 대두되어 이의 방지를 위한 여러 가지 형태의 기술이 개발되어 적용되고 있다.

이와 같은 전파공해의 대표적인 예로서 텔레비젼 전파가 고층빌딩의 외벽으로부터 반사함에 따라 발생하는 복잡한 반사파로 인하여 화면의 영상이 왜곡되는 이른바 고스트(Ghost) 장애를 들 수 있다. 반사전파로 인한 상기와 같은 장애요인을 방지하기 위한 방편으로서 송신방법을 개선하거나 수신방법의 개선을 통하여 문제의 해결을 도모하고자 하는 시도가 검토되고 있긴하나 수신방법이나 송신방법의 개선을 통한 해결에는 기술적인 한계가 존재함에 따라, 근본적인 해결책으로서 텔레비젼등의 전자기기로 수신되는 전파중 빌딩의 외벽에 도달되는 전파가 그 빌딩의 외벽에서 흡수되도록 빌딩의 외벽을 전파흡수특성을 갖는 재료로 피복하는 방법이 알려지고 있다.

이같은 전파흡수재료로서 일반적으로 사용되고 있는 형태로는 자기손실을 이용하여 재료 내부로 흡수된 전자파를 열로 변환시켜 전파의 반사를 방지하는 페라이트계 자성재료를 들 수 있는데, 페라이트는 세라믹스으로서의 특성에 기인하여 건물의 외장용 타일로도 사용이 가능할 뿐만 아니라 전파흡수특성을 갖는 전파 흡수벽의 재료로도 사용이 가능하다.

이와 같은 페라이트로 구성된 전파흡수재료를 사용하여 건물의 외벽을 피복함에 있어서는 타일등의 형태로 제작되는 전파흡수재료의 박판화가 필수적이다. 다시말하면, 건물 외벽에 부착되는 전파흡수용 타일등의 두께가 두꺼운 경우에는 자체 하중에 따른 시공상의 곤란함이 문제점으로 지적되고 있는데, 공지의 페라이트계 전파흡수타일의 경우 VHF 대역에서는 9mm(TDK사의 제품, 상표명 : IB-001) 정도이고, VHF 대역에서는 7mm(TDK사의 제품, 상표명 : IB-003)정도의 두께를 나타내고 있는 형편이다.

본 발명은 특히 투자율등의 전자기적 특성이 서로 다른 이종의 페라이트를 혼합하여 소결함으로써 페라이트 소결체 내의 조성물 균일에 의한 복소투자율의 허수부를 증가시켜 전체적인 손실증가를 유도하고, 이같은 손실증가에 의해 전파흡수체의 정합두깨를 감소시킨 박판형 전파흡수체를 제공하는데 목적이 있다.

특히, 본 발명은 페라이트 소결체 내의 조성이 불균일할 경우 자기적 성질의 불균일때문에 발생하게 되는 와전류손실에 의해서 전체 페라이트 소결체의 손실이 증대된다는 사실에 기초를 두고 있다[참고문헌; K. Ishino et al., "Developement of magnetic ferrites, Control and application of losses." Am.Ceram.Ball., voi66(10), pp.1469(1987)]. 일반적인 페라이트 전파흡수체의 기본구조는 페라이트의 이면에 금속재 반사면을 부착한 형태를 취하고 있는데, 이때 페라이트 전면의 입력임피던스(Zin)는 (자유공간에서의 임피던스로 규격화할 경우 아래의 (1)식과 같이 표현된다.

여기서, Zo는 자유공간에서의 임피던스.

λ는 자유공간에서의 파장.

d는 페라이트의 두께.

㎛는 페라이트의 투자율.

εr는 페라이트의 유전율.

위의 (1)실에서 d가 λ에 비하여 매우 작다고 가정하면,

그런데, 임피던스가 정합상태가 되어 완전 무반사조건이 되려면 Zin/Zo=1이 되어야 하기 때문에 (2)식은 다음과 같이 된다.

위의 식들로부터 알 수 있듯이, 페라이트의 복소투자율의 허수부분이 증가할수록 정합임피던스상태로 되기 위한 정합두께는 감소하게 된다.

이에따라, 본 발명은 조성과 전기적 특성이 서로 다른 이종의 페라이트를 혼합, 소결하여 페라이트의 전체손실을 증대시킴에 있어 이종의 페라이트 혼합, 소결시 혼합전 원료의 예비처리 및 소결조건의 적절한 제어를 통하여 이종의 페라이트 상호간의 확산을 방지하여 소결체내에서 결정상이 불균일하게 존재하게 함으로써 혼합소결체의 전체손실이 혼합전 단독으로 있을 때에 비해 크게 증가되어 결과적으로 전파흡수재료의 정합두께를 크게 감소시키게 되는 점에 특징이 있다.

본 발명의 박판형 전파흡수체 제조과정에 대해서 Ni-Zn계 페라이트와 Mn-Zn계 페라이트를 혼합, 소결하는 경우를 예로들어 설명하면 다음과 같다.

먼저, Ni-Zn계 페라이트와 Mn-Zn계 페라이트는 혼합전에 각각 하소과정을 거쳐 안정한 스피넬상을 형성하게 되는데, 이때 하소의 온도가 높을수록 각 페라이트의 상은 더욱 안정화되어 이후 공정으로서의 혼합, 소결시 상분리에 의한 페라이트 상호간의 작용에 의해 전체손실이 증가하여 정합두께를 감소시키게 되나, 너무 고온에서 하소를 하게되면 이후에 소결이 제대로 진행되지 않는 문제점이 있으므로 하소온도를 원료조건에 따라 적절히 제어하여야 한다.

다음, 하소공정을 거친 각각의 페라이트를 혼합하여 소결을 행하게 되는데, 이때 Ni-Zn/Mn-Zn의 혼합비율은 무게비(wt%)로 90/10∼10/90의 범위가 바람직하다.

한편, 소결시 소결온도가 너무 낮을 경우에는 소결이 이루어지지 않게 되고, 반대로 너무 고온에서 소결을 장시간 행하게 되는 경우에는 Ni-Zn계 페라이트와 Mn-Zn계 페라이트 상호간에 확산이 일어나서 분리되었던 상들이 균질화되어 버리기 때문에 페라이트 상호간의 작용이 무시되어 전체 손실의 증가를 기대할 수 없게 된다. 따라서, 혼합 페라이트 상호간의 상호확산에 의해 전체조성이 균일하게 되지 않도록 소결온도와 시간을 적절히 제어해야만 한다.

이와 같은 과정을 통하여 본 발명은 VHF 대역에서 5∼6mm 두께의 전파흡수체의 제조가 가능하고 UHF 대역에서는 약 4mm정도의 박판형 전파흡수체를 제조할 수 있다.

이와 같은 본 발명에 의해 제조된 전파흡수체는 종래의 재료에 비해 그 두께가 상당히 감소된 박판형임에 따라 이를 빌딩의 외장형 전파흡수타일로 사용하는 경우 하중의 감소에 따라 용이하게 시공할 수 있는 효과가 있다.

이하, 본 발명의 실시예는 다음과 같다.

[실시예 1]

초투자율이 720인 Ni-Zn계 페라이트(Ni_0.3Zn_0.7Fe₂O₄)분말과 초투자율이 1200인 Mn-Zn계 페라이트(Mn_0.6Zn_0.34Fe₂O₄) 분말을 각각 900℃에서 하소한 후 아래의 표 1과 같은 비율로 혼합하여 외경 7mm 내경 3mm로 성형하고 1150℃에서 1시간동안 소결하여 소결시편을 제작하였다. 각 소결시편의 복소투자율 및 전파감쇠능은 동축형 측정장치와 네트워크 애널라이저(Network analyzer)를 사용하여 50MHz∼800MHz의 범위에서 측정하였다.

아래의 표 1은 소결시편의 조합비와 주파수에 따른 복소투자율 허수부 변화를 나타낸 것이다.

[표 1]

위의 표 1로부터 서로 다른 자기적 특성을 나타내는 페라이트의 혼합에 의하여 측정주파수 전범위에 걸쳐 복소투자율의 허수부가 단독으로 존재하는 경우에 비해 증가함을 알 수 있다.

제1도는 혼합비가 50/50인 실시예 2의 소결시편 이면에 금속판을 부착한 상태에서 주파수와 두께변화에 따른 임피던스 궤적을 나타낸 스미스 챠트(Smith Chart)이다.

제1도에서 x축은 대기의 임피던스값으로 규정화(normalized)된 임피던스 실수값이고, y축은 허수값으로서 챠트의 중심(임피던스 실수값이 1이고 허수값이 0인 점)에 해당하는 임피던스값을 가지게 되면 100% 전파감쇠가 일어나고, 그 중심점 주위의 원 내부에 해당하는 값을 가제기 되면 20dB 이상의 전파감쇠가 일어남을 나타낸다.

따라서, 본 발명의 실시예 3의 소결시편은 제1도를 통해 150∼650MHz 주파수에서 약 6mm 두께이면 20dB 이상의 감쇠특성을 보임을 알 수 있다.

[실시예 2]

초투자율이 720인 Ni-ZN계 페라이트(Ni_0.3Zb_0.7Fe₂O₄)분말과 초투자율이 2300인 Mn-Zn계 페라이트(Mn_0.7Zn_0.2Fe_2.1O₄)분말을 실시예 1과 같은 방법으로 성형, 소결한 후 물성을 측정하였다. 아래의 표 2는 소결시편의 복소투자율 허수부 변화를 나타낸 것이다.

[표 2]

제2도는 실시예 6의 소결시편에 대한 주파수와 두께변화에 따른 임피던스 궤적을 나타낸 스미스 챠트로서, 100∼500MHz 주파수에서 약 6mm 두께이면 20dB 이상의 감쇠특성을 얻을 수 있는 박판형 전파흡수체의 제조가 가능함을 알 수 있다.

[실시예 3]

초투자율이 450인 Ni-ZN계 페라이트(Ni_0.35Zb_0.65Fe₂O₄)분말과 초투자율이 1200인 Mn-Zn계 페라이트(Mn_0.6Zn_0.35Fe₂O₄)분말을 실시예 1과 같은 방법으로 성형, 소결한 후 물성을 측정하였다. 아래의 표 3은 소결시편의 복소투자율 허수부 변화를 나타낸 것이다.

[표 3]

제3도는 실시예 8의 소결시편에 대한 주파수와 두께변화에 따른 임피던스 궤적을 나타낸 스미스 챠트로서, 150∼500MHz 주파수에서 약 5mm 두께이면 20dB 이상의 감쇠특성을 얻을 수 있는 박판형 전파흡수체의 제조가 가능함을 알 수 있다.

[실시예 4]

초투자율이 450인 Ni-Zn계 페라이트(Ni_0.35Zb_0.65Fe₂O₄)분말과 초투자율이 2300인 Mn-Zn계 페라이트(Mn_0.7Zn_0.2Fe_2.2O₄)분말을 실시예 1과 같은 방법으로 성형, 소결한 후 물성을 측정하였다. 아래의 표4는 소결시편의 복소투자율 허수부 변화를 나타낸 것이다.

[표 4]

제4도는 실시예 11의 소결시편에 대한 주파수와 두께변화에 따른 임피던스 궤적을 나타낸 스미스 챠트로서, 200∼650MHz 주파수에서 약 5mm 두께이면 20dB 이상의 감쇠특성을 얻을 수 있는 박판형 전파흡수체의 제조가 가능함을 알 수 있다.

[실시예 5]

초투자율이 300인 Ni-ZN계 페라이트(Ni_0.4Zb_0.8Fe₂O₄)분말과 초투자율이 1200인 Mn-Zn계 페라이트(Mn_0.6Zn_0.34Fe₂O₄)분말을 실시예 1과 같은 방법으로 성형, 소결한 후 물성을 측정하였다. 아래의 표 5는 소결시편의 복소투자율 허수부 변화를 나타낸 것이다.

[표 5]

제5도는 실시예 14의 소결시편에 대한 주파수와 두께변화에 따른 임피던스 궤적을 나타낸 스미스 챠트로서, 350∼80MHz 주파수에서 약 4mm 두께이면 20dB 이상의 감쇠특성을 얻을 수 있는 박판형 전파흡수체의 제조가 가능함을 알 수 있다.

[실시예 6]

초투자율이 300인 Ni-ZN계 페라이트(Ni_0.4Zb_0.6Fe₂O₄)분말과 초투자율이 2300인 Mn-Zn계 페라이트(Mn_0.7Zn_0.2Fe_2.1O₄)분말을 실시예 1과 같은 방법으로 성형, 소결한 후 물성을 측정하였다. 아래의 표 6은 소결시편의 복소투자율 허수부 변화를 나타낸 것이다.

[표 6]

제6도는 실시예 17의 소결시편에 대한 주파수와 두께변화에 따른 임피던스 궤적을 나타낸 스미스 챠트로서, 350∼650MHz 주파수에서 약 5mm 두께이면 20dB 이상의 감쇠특성을 얻을 수 있는 박판형 전파흡수체의 제조가 가능함을 알 수 있다.

이상의 실시예에서는 Ni-Zn계 페라이트와 Mn-Zn계 페라이트의 혼합, 소결하는 경우에 대해서만 기술하였으나, 이들 페라이트 이외에도 전자기적 특성이 서로 다른 페라이트를 혼합하여 소결하는 경우에는 상기 실시예에서와 동일한 효과를 얻을 수 있음은 물론이다.

Claims (1)

1. 서로 다른 투자율을 갖는 Ni-Zn계 페라이트 분말과 Mn-Zn계 페라이트 분말을 각각 900℃에서 하소하여 안정한 스피넬상을 형성한 후 Ni-Zn/Mn-Zn 혼합비(wt%)가 90/10∼10/90로 되도록 혼합하여 1150℃에서 1시간동안 소결하여 얻어진 혼합소결체로 이루어짐을 특징으로 하는 박판형 전파흡수체.