일반기술

광대역, 고이득의 전기적 성능과 고강도, 고강성의 구조적 성능을 갖는 통신용 지능구조물

본 기술은 운송체의 외부표면 자체가 안테나의 기능을 하는 복합재 스마트 구조물의 설계 및 제조기술을 개발하여 구조적 안정성과 더불어 우수한 통신성능까지 얻도록 하는 것이다. 이동통신의 발전은 여러 가지 역할을 담당하는 많은 수의 안테나와 우수한 성능의 안테나를 필요로 하게 되었는데, 기존에 사용된 안테나는 음성 데이터통신에는 다이폴이나 모노폴 안테나 그리고 위성방송용으로는 기계적 제어부를 갖는 능동 안테나를 사용함으로써 돌출부가 존재하여 외관상으로도 좋지 않을 뿐만 아니라 구조적, 공기역학적으로 매우 취약한 단점이 있다. 복합재 스마트 구조물의 기본 설계 개념은 집적화된 다층 안테나 모듈을 삽입시킨 허니컴 샌드위치 구조이다. 허니컴 샌드위치 구조는 얇고 강한 강성을 갖는 고밀도의 두 면재 사이에, 저밀도의 가볍고 강성과 강도가 면재보다 매우 낮은 두꺼운 심재를 넣고 접착하여 구조적 특성을 향상시킨 것으로 비강성을 높이기 위한 가장 효과적인 방법이다. 면재로 사용되는 복합재료는 섬유 강화 플라스틱(FRP: fiber reinforced plastics)이라고도 하며 강화재로서 섬유를 수지에 함침시켜, 기계적 강도와 내열성을 향상시킨 플라스틱이다. 본 구조물 면제에는 유리섬유/에폭시 복합재료가 사용되는데 가격이 저렴하고 전기가 통하지 않는 유전체이기 때문에 통신용 기계구조물의 외부 표면재로서 적합하다. 또한 심재로 사용하게 될 허니컴은 에너지 흡수력이 가장 뛰어난 것으로 알려져 있으며, 노멕스 허니컴의 경우 유전율이 공기의 그것과 비슷하기 때문에 전기적으로는 존재하지 않는 것으로 해석될 수 있다. 굽힘과 좌굴 하중의 작용시에는 샌드위치 구조의 상하에 존재하는 복합재료 면재가 인장 및 압축하중을 받으며, 허니콤 심재는 높은 전단하중을 받는다. 압축 및 충격 하중의 작용시에는 허니컴이 높은 압축 강성과 뛰어난 에너지 흡수력을 발휘함으로써 작은 중량으로도 구조적 효율을 높일 수 있다. 복합재 스마트 구조물을 이용하여 안테나에 전기적 손실을 일으킬 수 있는 구조재를 안테나의 외부 면재로 사용할 수 있으며, 안테나의 다른 성능의 변화 없이 이득을 향상시킬 수 있다.본 기술의 목적은 하중을 받는 구조체 표면의 일부가 여러 통신기능을 수행할 수 있도록 구조물의 구조적, 전기적 성능을 동시에 향상시킴으로써, 미래의 통신환경에서 구조체의 표면에 설치되는 안테나의 수량 및 크기에 대한 한계를 극복할 수 있는 통신용 지능구조물을 제공하는 것이다. 상기의 목적을 달성하기 위하여 본 기술에 따른 통신용 지능구조물은, 제1 복합재료 적층판과 제1 하니콤 부재를 포함하는 제1 샌드위치 구조층과 제2 복합재료 적층판과 제2 하니콤 부재를 포함하는 제2 샌드위치 구조층 및 상기 제1 샌드위치 구조층과 제2 샌드위치 구조층의 사이에 개재(介在)되는 안테나 요소층을 포함한다. 상기 안테나 요소층은 마이크로스트립 안테나의 형상을 가지며, 상기 제1 샌드위치 구조층과 제2 샌드위치 구조층은, 임의의 간격을 두고 서로 마주보는 제1 복합재료 적층판과 제2 복합재료 적층판의 사이에 상기 제1 하니콤 부재와 제2 하니콤 부재가 배치된다. 이상 설명한 바와 같이 통신용 지능구조물에 의하면, 복합재료 샌드위치 구조물과 마이크로스트립 안테나 요소들을 결합하여 설계함으로써, 방사패치의 보호와 전체 구조적 성능의 향상을 위해 배치된 하니콤 부재 및 복합재료 적층판의 전기적 손실에 의해 안테나 이득이 감소되는 것을 하니콤 부재의 두께를 조정함으로써 오히려 이득을 증가시킬 수 있으며, 대역폭 또한 기존의 직접 급전방식의 마이크로스트립 안테나에서 방사패치를 추가시키거나 개구면 결합 급전방식을 사용하여 향상시킬 수 있다. 즉 통신용 지능구조물을 사용하면, 구조체의 효율과 안테나의 성능을 동시에 혁신적으로 향상시킬 수 있다.