본 논문에서는 유리섬유 강화 복합재 적층판으로 이루어진 단일층 Dallenbach layer의 전파흡수체의 최적화 기법을 제시하고 그 성능을 분석하였다. 복합재 적층판의 전기적 특성을 제어하기 위해서 탄소나노튜브(CNT)를 혼합한 프리프레그를 사용하였다. 최적화 설계 기법은 유전자 알고리즘을 사용하였으며, 이를 이용하여 다양한 주파수에서 흡수체를 설계하고, 복합재의 두께 및 CNT 함유율을 최적화하였다. CNT 함유율의 최적화를 위해서는 복합재의 복소유전율의 수치적 모델이 사용되었다. 전파흡수체의 최적설계에서 주파수에 따라서 CNT 함유율은 비례하여 증가하고, 흡수체의 두께는 반비례하여 감소한다. 흡수체의 -10 dB 흡수대역폭은 흡수체가 설계된 중심주파수에 비례하여 증가한다. 설계된 흡수체의 검증을 위해서 10 GHz에서 중심주파수를 갖는 흡수제를 제조하고 그 성능을 평가하였다. 복합재 적층판의 복소 유전율과 전파흡수체의 반사손실은 벡터회로망분석기와 7 mm 동축관을 이용하여 측정하였다. 복합재의 두께와 복소 유전율에 있어서의 측정된 값과 예측치의 차이에 의해서 중심주파수의 이동, 중심주파수에서의 반사손실의 감쇄, 흡수대역폭의 감소가 발생하였다.
본 논문에서는 유리섬유 강화 복합재 적층판으로 이루어진 단일층 Dallenbach layer의 전파흡수체의 최적화 기법을 제시하고 그 성능을 분석하였다. 복합재 적층판의 전기적 특성을 제어하기 위해서 탄소나노튜브(CNT)를 혼합한 프리프레그를 사용하였다. 최적화 설계 기법은 유전자 알고리즘을 사용하였으며, 이를 이용하여 다양한 주파수에서 흡수체를 설계하고, 복합재의 두께 및 CNT 함유율을 최적화하였다. CNT 함유율의 최적화를 위해서는 복합재의 복소 유전율의 수치적 모델이 사용되었다. 전파흡수체의 최적설계에서 주파수에 따라서 CNT 함유율은 비례하여 증가하고, 흡수체의 두께는 반비례하여 감소한다. 흡수체의 -10 dB 흡수대역폭은 흡수체가 설계된 중심주파수에 비례하여 증가한다. 설계된 흡수체의 검증을 위해서 10 GHz에서 중심주파수를 갖는 흡수제를 제조하고 그 성능을 평가하였다. 복합재 적층판의 복소 유전율과 전파흡수체의 반사손실은 벡터회로망분석기와 7 mm 동축관을 이용하여 측정하였다. 복합재의 두께와 복소 유전율에 있어서의 측정된 값과 예측치의 차이에 의해서 중심주파수의 이동, 중심주파수에서의 반사손실의 감쇄, 흡수대역폭의 감소가 발생하였다.
In this paper, we present an optimization method for the single Dallenbach-layer type microwave absorbers composed of E-glass fabric/epoxy composite laminates. The composite prepreg containing carbon nanotubes (CNT) was used to control the electrical property of the composites laminates. The design ...
In this paper, we present an optimization method for the single Dallenbach-layer type microwave absorbers composed of E-glass fabric/epoxy composite laminates. The composite prepreg containing carbon nanotubes (CNT) was used to control the electrical property of the composites laminates. The design technology using the genetic algorithm was used to get the optimal thicknesses of the laminates and the filler contents at various center frequencies, for which the numerical model of the complex permittivity of the composite laminate was incorporated. In the optimal design results, the content of CNT increased in proportion to the center frequency, but, on the contrary, the thickness of the microwave absorbers decreased. The permittivity and reflection loss are measured using vector network analyzer and 7 mm coaxial airline. The influence of the mismatches in between measurement and prediction of the thickness and the complex permittivity caused the shift of the center frequency, blunting of the peak at the center frequency and the reduction of the absorbing bandwidth.
In this paper, we present an optimization method for the single Dallenbach-layer type microwave absorbers composed of E-glass fabric/epoxy composite laminates. The composite prepreg containing carbon nanotubes (CNT) was used to control the electrical property of the composites laminates. The design technology using the genetic algorithm was used to get the optimal thicknesses of the laminates and the filler contents at various center frequencies, for which the numerical model of the complex permittivity of the composite laminate was incorporated. In the optimal design results, the content of CNT increased in proportion to the center frequency, but, on the contrary, the thickness of the microwave absorbers decreased. The permittivity and reflection loss are measured using vector network analyzer and 7 mm coaxial airline. The influence of the mismatches in between measurement and prediction of the thickness and the complex permittivity caused the shift of the center frequency, blunting of the peak at the center frequency and the reduction of the absorbing bandwidth.
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문제 정의
본 연구에서는 Kim 등의 모델을 활용하여 마이크로파에서의 CNT를 함유한 복합재를 활용한 전파홉수체에 대한 최적화 기법을 제시하고, 다양한 주파수에 대해서 흡수체를 설계한 결과를 통하여 설계주파수가 흡수 구조의 두께 및 흡수대역폭을 포함한 흡수체 성능에 미치는 영향을 고찰하였다.
가설 설정
2) 흡수체의 10 dB 흡수대역폭(#)은 흡수체의 중심주파수(#)에 비례하여 증가한다. 이러한 비례관계는 흡수체의 반사계수(R)의 지배방정식이 흡수체의 두께(d)와주파수(/) 의 곱인 dj의 함수인 반면에 서로 다른 중심주파수(#)로 설계된 흡수체 사이의 #의 차이가 매우 작기 때문이다.
Chi" 등[11]은 CB 를 혼합한 polyester resi"을 glass fabric에 도포한 후 적층하여 흡수구조를 제조하였다. 이들은 10 GHz에서 CB 함유율에 따라서 복소 유전율의 실수부와 허수부가 선형적으로 비례하여 증가한다고 가정하였으며, 이를 이용하여 단층형 흡수체를 위한 최적의 적층수 및 CB 함유율을 계산하였다. Kim 등은 CB, CNF, 다중벽 CNT를 사용한 흡수구조에 대한 연구를 수행하였다.
제안 방법
10 GHz에서 중심주파수(#)를 갖는 흡수체를 제조하고 그 성능을 평가하였다. 측정된 흡수체에서 중심주파수(#)가 10 GHz보다 낮은 주파수로 이동하였고, 중심주파수(#)에서의 반사손실(RL)이 24.
첫 번째 단계에서는 미리 정해진 소재의 종류 및 함유율로 제조된 복합재료에 대한 복소 유전율을 실혐적으로 확보한다. 두 번째 단계에서는 제조된 복합재료 중에서 흡수층으로 사용하기에 적합한 것을 선택하고, 그 흡수층의 최적의 두께를 얻는 기법을 사용하였다. 앞에서의 흡수체 설계기법에 있어서 손실재료의 함유율을 직접 최적화 변수에 사용하지 못하는 직접적인 원인은 주파수와 손실소재의 함유율에 따라서 비선형적인 분포를 가지는 복합재의 복소 유전율에 대한 모델을 얻기 어렵기 때문이다.
복합재의 복소 유전율(4)의 수치 모델을 활용하여 전파흡수체를 설계하고 흡수체의 중심주파수(#)가 흡수체의 두께와 흡수대역폭에 미치는 영향을 분석하여 아래와 같은 결론을 얻었다.
대부분의 CNT는 복합재 층간의 수지과잉부 (resin rich region)에 존재하며, 대체적으로 잘 분산되어 있음을 볼 수 있다. 제조된 복합재료 적층판의 복소 유전율은 Agilent N5230A (PNA-L vector network analyzer)와 7 mm 동축관을 이용하여 측정된 S-parameter로부터 Agilent 8507IE (materials measurement software)를 이용하여 겨)산하여 구하였다. 복소 유전율의 계산은 4개의 S-parameter인 S”, S12, S2I, S22 모두를 사용하여 복소 유전율을 계산하는 Nicolson-Ross-Weir 방법을 사용하였다[18].
평판으로 제조된 전파흡수체를 가공하여 동축관용 시편을 제조하여 그 흡수 성능을 측정하였다. Fig.
대상 데이터
0 wt.%의 비율로 혼합된 에폭시 수지를 이용하여 복합재 프리프레그를 제조하였다. 프리프레그를 제조하기 위해서 사용된 수지는 bisphenol A (BPA) 계에폭시 수지이며, 두께가 얇은 #110 EPC glass fabric (FAW= 110 g/n?)의 표면에 그 수지를 코팅하여 프리프레그를 제조하였다.
프리프레그를 제조하기 위해서 사용된 수지는 bisphenol A (BPA) 계에폭시 수지이며, 두께가 얇은 #110 EPC glass fabric (FAW= 110 g/n?)의 표면에 그 수지를 코팅하여 프리프레그를 제조하였다. 제조된 프리프레그를 적층하여 복합재료 적층판을 제조하였다. 제조된 복합재료에서 프리프레그 한 장의 두께는 약 0.
%의 비율로 혼합된 에폭시 수지를 이용하여 복합재 프리프레그를 제조하였다. 프리프레그를 제조하기 위해서 사용된 수지는 bisphenol A (BPA) 계에폭시 수지이며, 두께가 얇은 #110 EPC glass fabric (FAW= 110 g/n?)의 표면에 그 수지를 코팅하여 프리프레그를 제조하였다. 제조된 프리프레그를 적층하여 복합재료 적층판을 제조하였다.
이론/모형
제조된 복합재료 적층판의 복소 유전율은 Agilent N5230A (PNA-L vector network analyzer)와 7 mm 동축관을 이용하여 측정된 S-parameter로부터 Agilent 8507IE (materials measurement software)를 이용하여 겨)산하여 구하였다. 복소 유전율의 계산은 4개의 S-parameter인 S”, S12, S2I, S22 모두를 사용하여 복소 유전율을 계산하는 Nicolson-Ross-Weir 방법을 사용하였다[18]. 복소 유전율은 0.
본 연구에서는 CNT의 p을 설계하기 위해서 Kim 등 μ기이 제시한 복소 유전율 모델을 사용하였다. 식 (1)에서 (4)까지를 식 (5)에 대입하면, 식 (5)에서 Re 흡수체의 d와 CNT의 p의 함수로 나타낼 수 있다.
전파 흡수체를 설계하기 위한 CNT의 p와 흡수체의 d를 얻기 위해서 최적설계기법인 유전자 알고리즘을 사용하였다 [19]. 본 연구에서는 CNT의 p을 설계하기 위해서 Kim 등 μ기이 제시한 복소 유전율 모델을 사용하였다.
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