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ISSN : 1225-0562(Print)
ISSN : 2287-7258(Online)
Korean Journal of Materials Research Vol.29 No.9 pp.532-541
DOI : https://doi.org/10.3740/MRSK.2019.29.9.532

Characteristics of Electromagnetic Wave Absorber Sheet for 2.4 GHz Wireless Communication Frequency Bands Using Fe Based Alloy Soft Magnetic Metal Powder

ByeongCheol Kim1, ManCheol Seo1, Yeochun Yun2
1Department of Chemical Engineering & Biotechnology, Korea Polytechnic University, 237, Sangidaehak-ro, Siheung-si, Gyeonggi-do 15073, Republic of Korea
2JMC Co., LTD., 345, Cheongneung-daero, Namdong-gu, Incheon 21643, Republic of Korea
Corresponding author E-Mail : zenza8011@naver.com (B. C. Kim, Korea Polytechnic Univ.)
July 9, 2019 August 8, 2019 August 19, 2019

Abstract


Information and communication technologies are developing rapidly as IC chip size becomes smaller and information processing becomes faster. With this development, digital circuit technology is being widely applied to mobile phones, wireless LANs, mobile terminals, and digital communications, in which high frequency range of GHz is used. In highdensity electronic circuits, issues of noise and EMC(Electro-Magnetic Compatibility) arising from cross talk between interconnects or devices should be solved. In this study, sheet-type electromagnetic wave absorbers that cause electromagnetic wave attenuation are fabricated using composites based on soft magnetic metal powder and silicon rubber to solve the problem of electromagnetic waves generated in wireless communication products operating at the frequency range of 2.4 GHz. Sendust(Fe-Si-Al) and carbonyl iron(Fe-C) were used as soft magnetic metals, and their concentrations and sheet thicknesses were varied. Using soft magnetic metal powder, a sheet is fabricated to exhibit maximum electromagnetic attenuation in the target frequency band, and a value of 34.2dB(99.9 % absorption) is achieved at the target frequency.



Fe-계 연자성 금속분말을 이용한 2.4 GHz 대역 무선통신용 전파 흡수체의 특성 평가

김 병철1, 서 만철1, 윤 여춘2
1한국산업기술대학교 생명화학공학과
2㈜제이엠씨

초록


    © Materials Research Society of Korea. All rights reserved.

    This is an Open-Access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution Non-Commercial License (http://creativecommons.org/licenses/by-nc/3.0) which permits unrestricted non-commercial use, distribution, and reproduction in any medium, provided the original work is properly cited.

    1. 서 론

    현대 사회는 전기 및 전자 통신 기술의 획기적인 발 전에 의해서 우리들은 이전에는 몰랐던 많은 혜택을 누 리며 살고 있다. 그러나 발전하는 스마트폰 및 소형 디 지털 가전제품, 디지털카메라, 통신기기 및 기지국, IT 기 기, IoT 기술 접목 등 전자제품의 종류 및 숫자가 기하 급수적으로 증가하고 있는 상황이다. 이러한 전자기기들 은 데이터의 송수신을 위하여 다양한 종류의 주파수 대 역에서 전자파인 신호들을 주고받는다. 이러한 상호작용 에는 신호에 의해 불요 전자파가 생기게 되며, 이러한 불요 전자파 노이즈(noise)는 기기 내부의 인접한 다른 회로 및 소자에 영향을 끼쳐서 기기의 오작동 되는 오 류가 생기는 원인이 된다.

    이러한 전자파를 이용하는 각종 통신기기 및 전자 설 비들의 이용은 라디오 방송용으로 사용되는 주파수가 수 백 kHz 대역과, 레이더 주파수 대역인 GHz 대역, 근거 리 통신 대역으로 사용되는 밀리파 대역(30~300 GHz)으 로 전자파의 이용 범위는 매우 급속히 넓어지고 있다. 그 러므로 불필요한 전자파 노이즈(noise)로 인한 전자파 장 해가 증가되고 있으며 산업적, 사회적인 문제로 대두되 고 있다.

    전자기기로부터 방사되는 전자파의 규제 및 피해를 받 는 기기들의 측면에서도 여러 종류의 전자파 노이즈 (noise)에 견딜 수 있도록 전자파의 내성에 관한 법적 규 제로 되고 있다.1)

    이와 같이 시간적 및 공간적으로 전자파 환경의 고밀 도 화가 진행됨에 따라 인접한 소자들 또는 배선 간의 상호 간섭과 배선을 통한 노이즈(noise)의 전도 및 방 사, 이러한 노이즈 주파수 대역이 확대됨에 따라서 EMC (electromagnetic compatibilty) 대책 기술의 중요한 과제 로 대두되고 있다.

    현재까지의 전자기기의 노이즈(noise) 문제는 인쇄회로 기판(PCB) 위의 각종 소자들의 재배치와 회로설계 또는 노이즈(noise) 필터(filter), 접지 등의 방법으로 문제점들 을 해결하여 왔다. 그러나 사용 주파수가 GHz 대역으 로 높아지고 있으며 휴대전화를 비롯하여 각종 기기가 소형이면서 두께가 점점 얇아지고 있기 때문에 노이즈 (noise) 발생 원인이 고주파 소자들과 회로선 간 거리가 가깝게 되어서 이러한 서술된 기술들만으로는 현재까지 는 기기 내부의 상호 간섭(cross talking)으로 발생하는 노이즈(noise) 문제들을 해결하기 불가능해졌다.

    이것은 전자기기를 설계하는 입장에서 볼 때 회로설계 기술의 한계로 여겨져서 설계자들에게는 매우 큰 부담 이 되고 있는 것이 현실이다. 따라서 이러한 기기 내부 및 외부의 불요 전자파 문제들을 최소화 및 제거시키기 위하여 방사 노이즈(noise)의 차단을 위한 노이즈(noise) 흡수 또는 차폐에 관한 연구들이 증가하고 있다.2-5)

    현재 시중에서 제조 및 판매되고 있는 2.4 GHz 주파 수 대역용 전자기기들의 제품 종류로는 무선 신호 입력 장치(예, 키보드, 마우스), 용량 테이터 송수신 장치(예, 디지털카메라, 캠코더), 무선 LAN, 무선 영상 송수신 장 치, 고 등이 있다. 2.4 GHz 주파수 대역용 전자기기들 의 사용이 점점 증가하고 있다. 이러한 동일한 주파수 대역에서의 전자기기들이 사용은 서로 간에 전자파 송 신 및 수신이 원활하게 진행되지 못하게 된다. 또한 오 작동을 발생하는 등의 결과가 발생하여 사용자로서는 예 상하지 못한 피해가 생길 수도 있다. 이러한 불필요한 전자파에 의한 피해를 최소화 및 방지하기 위해서는 본 연구에서 진행된 2.4 GHz 대역용 전자파 흡수체 재료들 의 적용이 절실히 요구된다.6)

    본 연구에서는 2.4 GHz 주파수 대역에서 불필요한 전 자파를 차단하는데 차폐보다는 흡수(absorbing) 방식을 적 용하였으며, 회로기기내에서 반사된 불요전자파가 회로 또 는 부품간에 장애를 발생시킬수 있다는 점에서 차폐재 보다는 전파감쇄기능을 가진 흡수체가 보다 효과적이다.

    무선통신용 전자기기에 들어가는 전자 흡수체로서 요 구되는 중요한 특성은 목표 주파수(2.4 GHz)대역에서 전 자파흡수율이 커야함과 동시에 어느정도 두께가 얇아야 한다. 그러나 기존에 사용되어온 페라이트나 탄소등의 분 말로서는 두께가 약 10 mm7-8)정도로 두껍기 때문에 새 로운 소재가 필요하다.

    본 연구에 사용된 전파 흡수체 재료로서는 목표 주파 수 대역에서도 투자율을 유지할 수 있는 재료인 Fe-Si- Al, Fe-C(corbonyl iron)인 연자성 재료를 사용하여, 목 표 주파수에서 투자율이 급감하지 않아, 전자파흡수성능 을 보일 수 있는 재료를 선택 하였으며, 전파 감쇄 특 성(반사손실: reflection loss) 목표를 -15 dB(96 %) 이하 의 특성을 만족하는 전자파 흡수체 시트(sheet)의 설계 및 제조에 관련된 연구를 진행하였다.

    2. 실험 방법

    2.1 전파 흡수체 재료의 선정

    주파수 2.4 GHz 대역에서의 목표로 하는 전파 감쇄 특성(반사손실: reflection loss)을 달성하기 위해서 본 연 구에서는 Fe 계 금속 합금 분말을 주원료로 하였으며 지지체로는 고무(실리콘 계열) 계열을 사용하였다. 종래 에는 전자파 흡수체의 주원료로는 주로 산화철인 페라 이트 분말을 사용하였으나9-11) 최근에 사용되는 주파수 는 고주파 쪽으로 증가되면서 고주파 대역에서의 주파 수 특성이 우수한 Fe 계 금속 합금 분말을 사용하고 있다.

    본 연구에 사용된 Fe 계 금속 합금 분말은 카보닐 철 (carbonyl iron) 분말과 연자성 금속분말이 사용되었다. Fe 계 금속 합금 분말은 독일 BASF사 제품으로서 SQ, ES, EN 등급(grade) 그리고 연자성 금속 분말은 한국의 연자성 금속 분말 전문 제조회사인 ㈜엠케이티의 연자 성 금속 분말(Fe-Si-Al alloy metal flake powder) CFM- 05 등급(grade) 제품을 사용하였다.

    본 연구에서는 현재 일반적인 전파 흡수체 재료로 사 용되고 있는 재료를 선정하였으며, 그 재료들은 Table 1 과 같다.

    2.2 원료 분말(Filer) 준비

    전자파 흡수 특성을 극대화하기 위해서는 분말의 형상 이 구형 상태인 Fe 계 연자성 금속 분말의 형상을 변 화 시킬 필요가 있는데, 이를 위해서 습식의 어트리션 밀(attrition mill) 설비를 이용하여 구형의 분말 형태를 편상 상태인(flake) 형태로 변화 시켰다.

    구형일 때 보다 편상 상태(flake)일 경우 형상 자기 이 방성이 커져 전자파 흡수에 영향을 미치는 투자율이 변 하게 된다.12-13)

    평균입경 약 50 μm 구형의 Fe 계 연자성 금속 분말 을 넓이 약 50 μm, 두께 2~3 μm의 편상 상태(flake) 형 태로 가공하였다. 이러한 경우 편상 상태(flake) 가공도 의 인자로 볼 수 있는 겉보기 밀도(apparent density)로 서 대별되는데, 가공 전의 겉보기 밀도(apparent density) 4.0 g/cc에서 편상 상태(flake) 1.0 g/cc로 변화를 주었다.

    Fig. 1에 구형 상태의 입자와 편상 상태(flake)의 입자 형상을 SEM 이미지로 나타내었다.

    또한 Fig. 2에 flake 분말과 구형 분말의 입도 분포를 나타내었으며, 구형 분말에서 flake인 편상으로 변화되면 서 형상은 얇게 변하였지만, 전체적인 크기는 큰 변화 를 보이지 않았으며, 오히려 flake化 되면서 균일한 입 도 분포를 나타내었다.

    Fig. 3은 Fe-Si-Al alloy 구형 분말과 flake 분말의 XRD 분석 데이터이며, 형상이 구형에서 편상인 flake로 변하였음에도, 동일한 격자구조를 나타내고 있는데, 이는 중간에 열처리를 통해서 격자구조가 원래대로 회복할 수 있기에 가능했음을 알 수 있다.

    2.3 전파 흡수체 시트(Sheet) 제조

    지지체(실리콘 계열)를 사용하여 전파 흡수체 시트 (sheet)를 제조하기 위하여 원료 분말과 지지체(실리콘 계 열)를 믹서기(planetry mixer)에서 균일하게 혼합(약 2시 간) 하여 컴파운드(compound) 형태로 제조하였다. 잘 분 산된 컴파운드(compound)를 열 압착 설비를 사용(160 °C, 4 Mpa) 하여 원하는 두께로 제작하였다. Fig. 4에 제조 공정 및 측정 flow chart를 나타내었다.

    지지체와 Fe-Si-Al flake 분말로 제작된 시트의 단면을 SEM 관측하여 Fig. 5에 나타내었으며, 지지체내에 flake 분말이 잘 분포되어 있는 것을 알 수 있다.

    2.4 전자파 감쇄율(반사손실; Reflection Loss)의 측 정 방법

    주파수 대역 2.4 GHz에서의 목적 특성을 달성하기 위 하여 먼저 재료의 선정을 하였으며, 원료 금속 분말의 함량과 지지체(실리콘 계열)의 혼합 비율, 열 압착 공정 으로 전파 흡수체의 두께를 조절하였다. 선정된 원료 분 말과 지지체(실리콘 계열; ①이액 형, ②millable type)를 일정한 비율로 믹서기(planetry mixer)에서 균일하게 혼 합하였다.

    그리고 열 압착 설비를 사용(160 °C, 4 Mpa)하여 원하 는 두께로 제작하였다. 전자파 감쇄율(반사손실: reflection loss)의 측정을 위하여 sample을 준비하였다. Sample 준비 방법은 제조된 시트(sheet)를 측정 치구인 APC-7 sample 치구[내경: 3 mm(공차±0.05 mm), 외경: 7 mm(공 차±0.05 mm)]에 맞도록 시편을 준비하였다.

    준비된 시편을 측정 치구인 APC-7 sample 치구[내경 3 mm(공차±0.05 mm), 외경 7 mm(공차±0.05 mm)]에 삽 입하고, network analyzer(maker: Agilent社, Model: 8364A)를 사용하여 전자파 감쇄율(반사손실: reflection loss)을 측정하였다. 참고로 본 연구에서 사용된 측정방 법의 개략도를 Fig. 6에 나타내었다.

    전자파 감쇄율(반사손실: reflection loss)의 측정은 network analyzer의 port 1에서 전자파를 인가하고, 이 전자파가 도체판(short circuit)에 도달한 후, 다시 port 1 으로 되돌아올 때의, 시편에 전자파가 흡수된 양(감쇄 량)으로 측정하게 된다.

    3. 실험 결과 및 고찰

    3.1 금속 분말 함량 변화에 따른 시편의 재료 정수 의 측정

    3.1.1연자성 금속 분말(Fe-Si-Al alloy metal powder)

    국내 ㈜엠케이티 제품인 Fe-Si-Al alloy metal powder 를 습식 어트리션 밀(attrition mill) 설비를 이용하여 편 상 상태(flake)로 가공한 분말로서 분말 함량 비율을 90 wt%, 80 wt%, 70 wt%로 변화를 주어서 재료 정수 특성 을 Fig. 7에 나타내었다. Fe-Si-Al alloy metal flake powder 함량 비율이 높을수록 재료 정수[복소 유전율 ( ε ˙ = ε j ε ) 및 복소 투자율( μ ˙ = μ j μ )]이 증가하는 것을 알 수 있다. 분말 함량이 70 wt%의 경우에는 유전 율 실수가 15이었지만, 분말 함량이 80 wt%와 90 wt%일 경우에는 유전율 실수가 25~30으로 값이 약 1.5배 이상 증가하였다. 이러한 결과는 재료의 정전용량이 유전율에 영 향을 미치는 것으로 재료를 구성하는 형상에 따라서 특 성 값이 달라졌다. 즉 동일한 재료일 경우 동일한 부피에 서는 비표면적이 넓을수록 정전용량이 증가하게 되어 유 전율이 증가하게 된다. 투자율의 경우에는 Fe-Si-Al alloy metal powder(flake)의 함량이 증가할수록 투자율도 증가하 는 것을 Fig. 7(a), (b), (c)에 나타내었다. powder(flake) 의 함량이 70 wt%일 경우 초기 투자율은 3.5이었는데, 90 wt%일 때에는 6.0까지 상승하였다. 이러한 현상은 동 일 부피 내에서 자성 성분인 Fe-Si-Al alloy metal powder (flake) 함량이 상대적으로 증가하였기 때문이다.

    3.1.2 카보닐 철 분말(Carbonyl Iron Powder)

    Fig. 8는 독일 BASF 社의 카보닐 철 분말(carbonyl iron powder) 중에서 SQ, ES, EN 3가지 등급(grade)의 분말을 지지체(실리콘 계열) 대비 분말 함량을 90 wt% 로 제조한 시료의 재료 정수 측정 데이터를 각각 나타 낸 것이다.

    초기 유전율을 살펴보면 SQ, ES, EN 등급(grade)이 각 각 20, 16, 17로 측정되었으며 3종류의 등급(grade) 중에 서 EN 등급(grade)이 가장 높게 측정되었다. 초기 투자율 은 3.3, 4.2, 5.5로서 EN 등급(grade)이 가장 높게 측정되 었다. 이 재료 정수 측정값의 특징으로 볼 때 투자율 및 유전율 특성 값이 가장 높은 EN 또는 ES 등급(grade)의 분말을 사용하여 전파 흡수체 제작하면 전자파 감쇄율(반 사손실: reflection loss) 특성이 같으면서도 상대적으로 더 얇은 두께의 전파 흡수체 시트(sheet) 제작이 가능할 수 있다. 이러한 현상은 전자파 감쇄율(반사손실: reflection loss) 특성은 투자율 및 유전율에 비례하기 때문이다.

    Fig. 9는 독일 BASF 社의 카보닐 철 분말(carbonyl iron powder) 중에서 SQ, ES, EN 3가지 등급(grade)의 분말을 지지체(실리콘 계열) 대비 분말 함량을 91 wt% 로 제조한 시료의 재료 정수 데이터를 각각 나타내었다.

    주파수 초기의 유전율은 SQ, ES, EN 3가지 등급 (grade)이 각각 23, 24, 22로 큰 차이는 없었고, 초기 투 자율은 5.5, 6.5, 6.5로 SQ 등급(grade)만 1만큼 낮게 측 정되었다. 이로써 카보닐 철 분말(carbonyl iron powder) 함량이 91 wt% 일 때가 90 wt% 일 때보다도 유전율과 투자율이 증가하였다. 따라서 카보닐 철 분말(carbonyl iron powder) 함량 90 wt% 조건보다는 91 wt% 함량의 조건이 더 얇으면서 성능이 우수한 전파 흡수체 시트 (sheet)를 만들 수 있게 된다.

    Fig. 10은 국내 ㈜엠케이티의 카보닐 철 분말(carbonyl iron powder) CFM-05 등급(grade)를 지지체(실리콘 계 열) 대비 카보닐 철 분말(carbonyl iron powder) 함량을 91 wt%, 92 wt%, 93 wt%로 제조한 시료의 재료 정수 측정 결과를 각각 나타낸 것이다.

    카보닐 철 분말(carbonyl iron powder) 함량을 91 wt%, 92 wt%, 93 wt%로 제조하였을 때 초기 주파수 대 역의 유전율 특성 값은 23, 23 그리고 23으로 동일하였 다. 투자율 특성 값은 각각 5, 5, 그리고 4.8로 큰 변화 가 없었으며 93 %에서는 소폭 하락하였다.

    따라서 카보닐 철 분말(carbonyl iron powder)의 함량 을 91 wt% 이상으로 지지체(실리콘 계열)에 분산시켜 전 파 흡수체를 만들 경우에는 더 좋은 특성 값의 증가를 기대할 수 없었다.

    이것은 지지체(실리콘 계열)에 카보닐 철 분말(carbonyl iron powder)을 최적으로 분산시키는 한계가 91 wt%라 는 것을 의미한다.

    이상 상기의 특성을 종합하여 Table 2에 나타내었다.

    3.2 분말 함량 변화에 따른 시료의 전자파 감쇄율( 반사손실; Reflection Loss)

    Fe-Si-Al alloy metal flake powder의 전자파 감쇄율 (반사손실; reflection loss)을 Fig. 11에 나타내었다.

    Fe-Si-Al alloy metal flake powder 함량이 70 wt%, 80 wt%, 90 wt%로 증가할수록 전자파 감쇄율(반사손실; reflection loss) 특성 최고점이 저주파로 이동하며 각각 2.7 GHz, 1.6 GHz, 1.5 GHz로 감소하였으며, 흡수체의 두 께는 모두 4.6 mm 동일하였다.

    Fig. 12~13은 BASF 社의 카보닐 철 분말(carbonyl iron powder) 중에서 SQ, ES, EN 3가지 등급(grade)의 90 wt%, 91 wt% 분말 함량 대비 전자파흡수율을 나타내 는 그래프이다. 3가지 등급(grade)은 90 wt% 분말 함량 일 때 SQ, ES, EN 3가지 등급(grade)이 각각 3.6 GHz, 3.8 GHz, 3.6 GHz에서 흡수 최대 피크가 생성하였으며, 시트(sheet)의 두께는 모두 2.0 mm이었다. 카보닐 철 분 말(carbonyl iron powder) 함량을 91 wt%로서 1.0 wt% 증가하였을 때 SQ, ES, EN 등급(grade)의 흡수 피크는 각각 2.7 GHz, 2.2 GHz, 2.4 GHz 대역으로 약 1 GHz 정도의 저주파 대역으로 이동하였으며, 시트(sheet)의 두 께는 모두 2.5 mm이었다.

    이상 상기의 특성 결과를 종합하여 Table 3에 나타내 었다.

    Fig. 14는 ㈜엠케이티의 카보닐 철 분말(carbonyl iron powder)인 CFM-05 등급(grade) 제품의 분말 함량이 91 wt%와 92 wt% 일 때의 전자파 감쇄율(반사손실; reflection loss) 특성을 나타내었다. 분말 함량 91 wt%일 때 2.6 GHz, 92 wt%일 때 2.3 GHz에서 최대 흡수 피크가 형성 되었으며, 시트(sheet)의 두께는 2.5 mm이었다.

    Fig. 15는 Table 2와 Table 3의 데이터를 조합하여, 같 은 재료를 사용하여, 분말 함량에 따라 다른 투자율을 가질 때 reflection loss max. frequency를 분석하였다. 그래프에 나타낸 4종의 재료들 모두 투자율이 높아질수 록 reflection loss max. frequency는 저주파로 이동하는 것을 볼 수 있다.

    f r ( μ i 1 ) = 1 3 πμ 0 q γM s
    (1)

    식 (1)14)에서 볼 수 있듯이 초기 투자율과 reflection loss max. frequency과는 반비례 관계에 있다. 즉 초기 투자율이 높으면 reflection loss max. frequency는 저주 파 대역으로 이동하게 된다. 식 (1)과 실험 데이터 분 석결과와 일치하는 결과를 나타낸다.

    4.결 론

    본 연구에서는 최근 사용빈도가 점점 증가하고 있는 2.4 GHz 주파수 대역에서의 무선통신 설비의 전자파 통 신환경을 개선하기 위한 전파 흡수체를 연구하였다. 2.4 GHz 주파수대역에서의 최적인 전자파 흡수체를 제조하 기 위한 주요 재료로는 연자성을 재료인 Fe-Si-Al alloy metal flake powder와 카보닐 철 분말(carbonyl iron powder) 두 종류의 재료를 사용하였다. 각 재료별로 판 매되는 메이커에 따라서 등급(grade) 별로 원료의 종류 를 다르게 하였다. Powder의 형상에 변화를 주었으며 powder의 함량을 조절하여 전자파 흡수체의 시트(sheet) 의 두께를 조절하여 목표로 하는 주파수 대역에서 최적 의 전자파 감쇄율(반사손실; reflection loss)을 얻을 수 있도록 설계 및 제조하였다.

    • 1) 연자성 금속분말을 사용하여 전자파 흡수체의 시트 (sheet) 제조할 경우에는 분말 함량이 증가할수록 재료 정 수 특성도 증가하고, 전자파 감쇄율(반사손실; reflection loss) 특성도 증가하였다.

    • 2) 동일한 종류의 카보닐 철 분말(carbonyl iron powder) 도 재료를 구성하고 있는 성분의 함량(Fe, C) 비율에 따 라서 재료의 특성 값이 달라지며, 전자파 감쇄율(반사 손실; reflection loss) 특성도 달라졌다.

    • 3) 전자파 흡수체의 시트(sheet) 두께가 두꺼워질수록 흡 수 피크 특성이 저주파 대역으로 이동하였다.

    • 4) 2.4 GHz 주파수 대역에서의 전자파 감쇄율(반사손 실; reflection loss)이 목표 수준(-15 dB)을 충족시키는 재료와 조건으로서 다음의 6종류의 조건을 확인하였다.

      • ① ㈜엠케이티 Fe-Si-Al alloy metal Flake Powder (flake) 함량: 70 wt%, 흡수체의 시트(sheet) 두께: 4.6 mm(-17 dB)

      • ② BASF 社 카보닐 철 분말(carbonyl iron powder), EN 등급(grade) 함량: 91 wt%, 흡수체의 시트(sheet) 두께: 2.5 mm(-35.6 dB)

      • ③ BASF 社 카보닐 철 분말(carbonyl iron powder), ES 등급(grade) 함량: 91 wt%, 흡수체의 시트(sheet) 두께: 2.5 mm(-22 dB)

      • ④ BASF 社 카보닐 철 분말(carbonyl iron powder), SQ 등급(grade) 함량: 91 wt%, 흡수체의 시트(sheet) 두께: 2.5 mm(-17 dB)

      • ⑤ ㈜엠케이티 카보닐 철 분말(carbonyl iron powder) CFM-05 등급(grade) 함량: 91 wt%, 흡수체의 시트 (sheet) 두께: 2.5 mm(-18 dB)

      • ⑥ ㈜엠케이티 카보닐 철 분말(carbonyl iron powder) CFM-05 등급(grade) 함량: 92 wt%, 흡수체의 시트 (sheet) 두께: 2.5 mm(-17 dB)

    • 5) 2.4 GHz 주파수 대역에서의 전자파 감쇄율(반사손 실; reflection loss)이 가장 우수한 재료 및 조건은 다음 과 같다.

      → 4) ②의 BASF 社 카보닐 철 분말(carbonyl iron powder), EN 등급(grade) 함량: 91 wt%, 흡수체의 시 트(sheet) 두께: 2.5 mm(-35.6 dB). 감쇄율 -35.6 dB는 약 99.9 % 흡수 특성을 의미한다.

    • 6) 본 연구를 통해서 2.4 GHz 대역뿐만 아니라 3 GHz 대역에서도 전자파 흡수체의 시트(sheet) 두께가 2.5 mm 일 때 흡수 특성이 우수한 조건의 재료의 설계와 흡수 체를 제조할 수 있었다.

    Acknowledgement

    This work was supported by the Technology Innovation Program(10063274) funded By the Ministry of Trade, Industry & Energy(MOTIE, Korea).

    Figure

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    Scanning electron microscopy(SEM) observation of soft-magnetic powder [(a) : Spherical type, (b) : Flake type].

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    Particle size distribution of Fe-Si-Al spherical powder and flake powder.

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    X-ray diffraction(XRD) graph of Fe-Si-Al Spherical Powder(a), Flake Powder(b).

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    Sheet manufacturing process diagram.

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    Cross section SEM image of the Fe-Si-Al Flake Powder and Silcon Rubber mixing sheet.

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    Schematic of measurement of absorption rate of electromagnetic wave.

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    Material constant according to Fe-Si-Al flake powder content ratio. (a) Complex permeability and permittivity of powder 70 wt%. (b) Complex permeability and permittivity of powder 80 wt%. (c) Complex permeability and permittivity of powder 90 wt%.

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    Complex permeability and permittivity of radio wave absorber made of 90wt% of carbonyl iron powder, BASF, Germany. (a) EN, ES, SQ complex permittivity, (b) EN, ES, SQ complex permeability.

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    Complex permeability and permittivity of radio wave absorber made of 91wt% of carbonyl iron powder, BASF, Germany. (a) EN, ES, SQ complex permittivity; (b) EN, ES, SQ complex permeability.

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    Complex permeability and permittivity of radio wave absorber made of 91 wt%, 92 wt%, 93 wt% of carbonyl iron powder, MKT, Korea.

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    Reflection Loss of Fe-Si-Al Flake powder. (a) powder content 70 wt%, (b) powder content 80 wt%, (c) powder content 90 wt%.

    MRSK-29-9-532_F12.gif

    Reflection Loss of EN, ES, SQ grade 90 wt%, BASF, Germany. (a) EN grade, (b) ES grade, (c) SQ grade.

    MRSK-29-9-532_F13.gif

    Reflection Loss of EN, ES, SQ grade 91 wt%, BASF, Germany. (a) EN grade, (b) ES grade, (c) SQ grade.

    MRSK-29-9-532_F14.gif

    Reflection Loss of CFM-05 grade, MKT, Korea. (a) powder content 91 wt%, (b) powder content 92 wt%.

    MRSK-29-9-532_F15.gif

    Relation between Permeability and Max. Reflection loss.

    Table

    Electromagnetic wave absorber material selection.

    Electromagnetic Characteristics of Microwave Absorber Materials for 2.4 GHz Band. [at 1GHz]

    Reflection loss of radio wave absorber material for 2.4 GHz band.

    Reference

    1. D. G. Kang, Establish and Revision of New Electromagnetic Interference Criteria, p.11, J. Korea Radio Promotion, Seoul (1996).
    2. H. S. Cho and S. S. Kim, IEEE Trans. Mag., 35, 3151 (1999).
    3. I.-G. Chen, S.-H. Hsu and Y.-H. Chang, J. Appl. Phys., 87, 6247 (2000).
    4. S. S. Kim, S. T. Kim, Y. C. Yoon and K. S. Lee, J. Appl. Phys., 97, 10F905 (2005).
    5. K. S. Lee, Y. C. Yun, I. B. Jeong and S. S. Kim, Mater. Sci. For., 534, 1465 (2007).
    6. S. H. Moon, S. J. Shin, J. M. Song, D. Il Kim and K. M. Kim, J. Korea Electromagnetic Engineering Soc., 14, 1329 (2003).
    7. K. Akita, Ferrites: Proceed. of ICF, p. 885, Center for academic publications, D. Reidel Publishing Company, Dordrecht Boston London (1980).
    8. S. S. Kim, D. H. Han and S. B. Jo, IEEE Trans. Mag., 30, 4554 (1994).
    9. Y. Naito, J. Phys. Ⅳ, 7, C1-405 (1997).
    10. S. S. Kim, S. B. Jo, K. I. Kwon, K. K. Choi, J. M. Kim and K. S. Churn, IEEE Trans. Magn., 27, 5462 (1991).
    11. Y. Naito, K. Suetake, IEEE Trans. Micro. Theory Tech., 19, 65 (1971).
    12. S. Yoshida, M. Sato, E. Sugawara and Y. Shimada, J. Appl. Phys., 35, 4636 (1999).
    13. X. Zhang, T. Ekiert, K. M. Unruh, J. Q. Xiao, M. Golt and R. Wu, J. Appl. Phys., 99, 08M914 (2006).
    14. Y. J. Kim, Magnetic Property and Microwave Absorbance of Hexaferrites at Ka-band (26.5-40 GHz), p.20, Department of Materials Engineering Graduate School, Chungbuk National University Cheongju, Korea (2001).