[논문]의복용 메타물질 흡수체

이동주; 임성준

doi:10.5515/kjkiees.2017.28.1.19

[국내논문] 의복용 메타물질 흡수체
Metamaterial Based Absorber for Wearable Applications 원문보기

韓國電磁波學會論文誌 = The journal of Korean Institute of Electromagnetic Engineering and Science, v.28 no.1, 2017년, pp.19 - 24

이동주 (중앙대학교 전자전기공학과) , 임성준 (중앙대학교 전자전기공학과)

초록
AI-Helper

본 논문에서는 스크린 인쇄 방식으로 제작된 의복용 메타물질 흡수체를 제안한다. 제안된 흡수체의 단위구조의 도체 패턴 모양은 의류 브랜드인 샤넬 로고를 차용하였으며, FEM 방식의 시뮬레이션 툴을 사용하여 성능을 검증하였다. 또한, 성능을 검증하기 위해 일반적인 직물 원단 위에 전도성 잉크를 스크린 프린팅 방식으로 인쇄하여 시제품을 제작한 뒤, 벡터 회로망 분석기와 두 개의 도파관을 이용하여 반사계수를 측정하였다. 그 결과, 제안된 흡수체는 10.8 GHz에서 약 93 %에 가까운 흡수율을 갖는 것을 확인하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

In this paper, we propose a textile metamaterial absorber that using screen printing technology. A unit cell of the proposed absorber is motivated from the commercial Chanel logo for wearable applications. The complex impedance of the designed unit cell is analyzed by full-wave simulation. To verify its performance, the proposed metamaterial absorber is fabricated where the silver conductive ink is screen printed on an ordinary textile. From experimental results, the absorptivity of the proposed absorber is around 93 % at 10.8 GHz under normal incidence.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

본 논문에서는 웨어러블 디바이스를 위해 일반 원단에 구현한 의복용 메타물질 흡수체를 구현하였다.
본 논문에서는 웨어러블 응용을 위해 직물에 스크린 프린팅 방식을 이용하여 구현한 메타물질 흡수체를 제안한다. 단위구조의 도체 패턴 모양은 샤넬 로고를 차용하여 사용하였으며, FEM(Finite Element Method) 방식의 시뮬레이션 툴을 사용하여 설계되었다.

가설 설정

제안된 흡수체는 직물의 뒷면이 전면 구리 테이프로 덮여 있기 때문에 투과계수를 0으로 가정하고, 오로지 반사계수로부터 흡수율 값을 계산하였다. 그림 6은 흡수체의 성능을 측정하기 위한 측정 환경을 나타낸다.

제안 방법

제안된 흡수체의 성능을 검증하기 위해 스크린 인쇄방식으로 전도성 잉크를 일반 직물 원단에 인쇄함으로써 시제품을 제작하였다. T-공진기 방법을 사용하여 흡수체의 기판으로 사용되는 원단의 전기적 특성을 알아내었으며, 유전율과 유전손실값은 각각 1.8과 0.12이다^[12]. 다음으로 직물원단 위에 Ahtech LTS사의 LOCTITE EDAD 479SS E&C 전도성 잉크(silver conductive ink)를 스크린 인쇄하였다.
이때 도파관의 측정 모드는 기본모드인 TE10 모드가 사용되었다. 그림과 같이 두 도파관 사이에 시제품을 위치시킨 뒤 시제품의 S-parameter를 측정하였다.
단위구조의 도체 패턴 모양은 샤넬 로고를 차용하여 사용하였으며, FEM(Finite Element Method) 방식의 시뮬레이션 툴을 사용하여 설계되었다. 성능을 측정하기 위해 전도성 잉크를 스크린 프린팅 방식으로 일반 직물 원단에 인쇄하여 시제품을 제작하였다. 스크린 프린팅 방식은 간단하고 경제적이며, 빠르게 공정이 가능하며, 특히 다른 인쇄 기술들과는 다르게 대량생산이 가능하다는 장점이 있다.
스크린 프린팅 방식은 간단하고 경제적이며, 빠르게 공정이 가능하며, 특히 다른 인쇄 기술들과는 다르게 대량생산이 가능하다는 장점이 있다. 시제품을 제작 후 성능 측적을 위해 벡터 회로망 분석기와 두 개의 도파관을 이용하여 반사계수를 측정하였으며, 제안된 흡수체는 10.8 GHz에서 약 93 %에가까운 흡수율을 갖는다. 본 논문을 통해 일반 직물에도 메타물질을 이용한 전자파 흡수체의 구현이 가능하다는 사실을 입증하였고, 이는 레이더를 피 탐지하기 위한 전투 조끼와 같은 군사적 용도로 충분히 사용될 수 있다는 가능성을 제시한다.
시제품을 제작한 뒤 흡수체의 흡수율 측정을 위해 반사계수를 측정하였다. 흡수체의 흡수율(A)은 다음 식과같이 반사계수(Γ)와 투과계수(T)를 통해 계산된다.
제안된 흡수체는 일반 직물 원단 위에 전도성 잉크를 스크린 인쇄 방식으로 인쇄하여 흡수체를 구현하였으며, 흡수체의 단위 구조는 그림 1과 같다. 단위구조의 윗면은 샤넬 로고 모양의 도체 패턴으로 이루어져 있으며, 입사되는 전자기파의 투과를 방지하기 위해 아랫면은 전면 구리 테이프로 덮여 있다.
02 Ω/sq/mil이다. 제안된 흡수체의 성능 측정을 위해 도파관모드 측정법을 사용하였으며, 이에 따라 8.2～12.4 GHz에서 동작하는 도파관 WR-90의 개구면 크기에 맞춰 시제품을 제작하였다. 그림 5는 스크린 인쇄 방식으로 제작된 시제품의 모습이다.
제안된 흡수체의 성능을 검증하기 위해 스크린 인쇄방식으로 전도성 잉크를 일반 직물 원단에 인쇄함으로써 시제품을 제작하였다. T-공진기 방법을 사용하여 흡수체의 기판으로 사용되는 원단의 전기적 특성을 알아내었으며, 유전율과 유전손실값은 각각 1.
스크린 인쇄 방식은 다른 인쇄방식과는 다르게 공정이 쉽고, 대량생산이 가능하다는 장점이 있다. 제안된 흡수체의 성능을 검증하기 위해 시제품을 제작한 뒤, 벡터 회로망 분석기와 WR-90 도파관을 이용해 흡수체의 반사계수를 측정하였고, 이를 바탕으로 흡수율을 계산하였다. 그 결과, 제안된 흡수체는 10.

대상 데이터

그림 6은 흡수체의 성능을 측정하기 위한 측정 환경을 나타낸다. S-para-meter를 측정하기 위해 Anritsu사의 MS2038C 벡터 회로망 분석기와 두 개의 8.2～12.4 GHz에서 동작하는 WR-90도파관을 사용하였다. 이때 도파관의 측정 모드는 기본모드인 TE10 모드가 사용되었다.
다음으로 직물원단 위에 Ahtech LTS사의 LOCTITE EDAD 479SS E&C 전도성 잉크(silver conductive ink)를 스크린 인쇄하였다.
본 논문에서는 웨어러블 디바이스를 위해 일반 원단에 구현한 의복용 메타물질 흡수체를 구현하였다. 제안된 흡수체는 전도성 잉크를 스크린 인쇄를 통해 구현하였으며, 단위구조 모양은 의류 브랜드인 샤넬 로고를 차용하였다. 스크린 인쇄 방식은 다른 인쇄방식과는 다르게 공정이 쉽고, 대량생산이 가능하다는 장점이 있다.

이론/모형

본 논문에서는 웨어러블 응용을 위해 직물에 스크린 프린팅 방식을 이용하여 구현한 메타물질 흡수체를 제안한다. 단위구조의 도체 패턴 모양은 샤넬 로고를 차용하여 사용하였으며, FEM(Finite Element Method) 방식의 시뮬레이션 툴을 사용하여 설계되었다. 성능을 측정하기 위해 전도성 잉크를 스크린 프린팅 방식으로 일반 직물 원단에 인쇄하여 시제품을 제작하였다.

성능/효과

제안된 흡수체의 성능을 검증하기 위해 시제품을 제작한 뒤, 벡터 회로망 분석기와 WR-90 도파관을 이용해 흡수체의 반사계수를 측정하였고, 이를 바탕으로 흡수율을 계산하였다. 그 결과, 제안된 흡수체는 10.8 GHz에서 동작하며, 약 93%의 흡수율을 갖는다.
25～1 mm로 증가함에 따라 동작주파수 또한 증가함을 확인할 수 있다. 그 결과, 제안된 흡수체는 각각 a=7mm, d=1.5 mm, r=3 mm, w=0.5 mm, 기판의 높이 h=1.2mm의 변수 값으로 설계되었다.
8 GHz에서 약 93 %에가까운 흡수율을 갖는다. 본 논문을 통해 일반 직물에도 메타물질을 이용한 전자파 흡수체의 구현이 가능하다는 사실을 입증하였고, 이는 레이더를 피 탐지하기 위한 전투 조끼와 같은 군사적 용도로 충분히 사용될 수 있다는 가능성을 제시한다.
8 GHz에서 동작하며, 약 93 %의 흡수율을 갖는다. 시뮬레이션과 측정결과를 비교해 보면 동작 주파수는 10.8 GHz로 동일하지만, 흡수율에서 차이가 있는 것을 볼 수 있다. 그 이유는 도파관의 개구면 크기에 맞추기 위해 단 세 개의 단위구조를 구현하였지만, 실제 메타물질을 이용한 전자파 흡수체는 무한 주기구조로 설계하였기 때문에 두 결과의 차이가 나타났다.
그림 7은 제안된 흡수체의 시뮬레이션과 측정결과 값을 비교한 그림이다. 제안된 흡수체는 10.8 GHz에서 동작하며, 약 93 %의 흡수율을 갖는다. 시뮬레이션과 측정결과를 비교해 보면 동작 주파수는 10.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	흡수체의 단위구조의 도체 패턴 모양의 성능은 무엇을 이용하여 검증했는가?	본 논문에서는 스크린 인쇄 방식으로 제작된 의복용 메타물질 흡수체를 제안한다. 제안된 흡수체의 단위구조의 도체 패턴 모양은 의류 브랜드인 샤넬 로고를 차용하였으며, FEM 방식의 시뮬레이션 툴을 사용하여 성능을 검증하였다. 또한, 성능을 검증하기 위해 일반적인 직물 원단 위에 전도성 잉크를 스크린 프린팅 방식으로 인쇄하여 시제품을 제작한 뒤, 벡터 회로망 분석기와 두 개의 도파관을 이용하여 반사계수를 측정하였다.
	제안된 흡수체의 단위구조의 도체 패턴 모양은 무엇의 로고를 차용했는가?	본 논문에서는 스크린 인쇄 방식으로 제작된 의복용 메타물질 흡수체를 제안한다. 제안된 흡수체의 단위구조의 도체 패턴 모양은 의류 브랜드인 샤넬 로고를 차용하였으며, FEM 방식의 시뮬레이션 툴을 사용하여 성능을 검증하였다. 또한, 성능을 검증하기 위해 일반적인 직물 원단 위에 전도성 잉크를 스크린 프린팅 방식으로 인쇄하여 시제품을 제작한 뒤, 벡터 회로망 분석기와 두 개의 도파관을 이용하여 반사계수를 측정하였다.
	흡수체의 단위구조의 도체 패턴 모양의 반사계수는 어떻게 측정햇는가?	제안된 흡수체의 단위구조의 도체 패턴 모양은 의류 브랜드인 샤넬 로고를 차용하였으며, FEM 방식의 시뮬레이션 툴을 사용하여 성능을 검증하였다. 또한, 성능을 검증하기 위해 일반적인 직물 원단 위에 전도성 잉크를 스크린 프린팅 방식으로 인쇄하여 시제품을 제작한 뒤, 벡터 회로망 분석기와 두 개의 도파관을 이용하여 반사계수를 측정하였다. 그 결과, 제안된 흡수체는 10.

참고문헌 (13)

N. I. Landy, S. Sajuyigbe, J. J. Mock, D. R. Smith, and W. J. Padilla, "Perfect metamaterial absorber", Phys. Rev. Lett., vol. 100, no. 20, pp. 1-4, 2008.
B. Kim, B. Lee, "Design of metamaterial-inspired wideband absorber at X-band adopting trumpet structures", J. Elecromagnetic Eng. Sci., vol. 14, no. 3, pp. 314-316, 2014.

원문보기 상세보기
K. Ling, K. Kim, and S. Lim, "Flexible liquid metal-filled metamaterial absorber on polydimethylsiloxane (PDMS)", Opt. Express, vol. 23, no. 16, pp. 21375-21383, 2015.

상세보기
K. Iwaszczuk, A. C. Strikwerda, K. Fan, X. Zhang, R. D. Averitt, and P. U. Jepsen, "Flexible metamaterial absorbers for stealth applications at terahertz frequencies", Opt. Express, vol. 20, no. 1, pp. 635-643, 2012.

상세보기
P. K. Singh, K. A. Korolev, M. N. Afsar, and S. Sonkusale, "Single and dual band 77/95/110 GHz metamaterial absorbers on flexible polyimide substrate", Appl. Phys. Lett., vol. 99, no. 26, pp. 1-5, 2011.
L. Kou, T. Huang, B. Zheng, Y. Han, X. Zhao, K. Gopalsamy, H. Sun, and C. Gao, "Coaxial wet-spun yarn supercapacitors for high-energy density and safe wearable electronics", Nat. Commun., vol. 5, no. May, p. 3754, 2014.

상세보기
L. Yan, J. Yoo, B. Kim, and H. J. Yoo, "A $0.5-{\mu}Vrms\;12-{\mu}W$ wirelessly powered patch-type healthcare sensor for wearable body sensor network", IEEE J. Solid-State Circuits, vol. 45, no. 11, pp. 2356-2365, 2010.
Z. Wang, L. Zhang, Y. Bayram, and J. L. Volakis, "Embroidered conductive fibers on polymer composite for conformal antennas", IEEE Trans. Antennas Propag., vol. 60, no. 9, pp. 4141-4147, 2012.

상세보기
K. Jost, D. Stenger, C. R. Perez, J. K. McDonough, K. Lian, Y. Gogotsi, and G. Dion, "Knitted and screen printed carbon-fiber supercapacitors for applications in wearable electronics", Energy Environ. Sci., vol. 6, Aug. pp. 2698, 2013.

상세보기
N. H. M. Rais, P. J. Soh, F. Malek, S. Ahmad, N. B. M. Hashim, and P. S. Hall, "A review of wearable antenna", Loughbrgh. Antennas Propag. Conf. LAPC 2009, Dece. pp. 225-228, 2009.
S. Zhu, R. Langley, "Dual-band wearable textile antenna on an EBG substrate", IEEE Trans. Antennas Propag., vol. 57, no. 4, pp. 926-935, 2009.

상세보기
K. P. Latti, M. Kettunen, J. P. Strom, and P. Silventoinen, "A review of microstrip T-resonator method in determining the dielectric properties of printed circuit board materials", IEEE Trans. Instrum. Meas., vol. 56, no. 5, pp. 1845-1850, 2007.

상세보기
B. S. Cook, A. Shamim, "Inkjet printing of novel wideband and high gain antennas on low-cost paper substrate", IEEE Trans. Antennas Propag., vol. 60, no. 9, pp. 4148-4156, 2012.

상세보기

저자의 다른 논문 :

LOADING...

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format

연합인증