In this study, various types of radar absorbing structures (RAS) were implemented by utilizing the photolithography process. The conventional RAS has been implemented through a method of dispersing a lossy material in a matrix material of a composite material, a method of using a lossy fiber, and a method of printing a conductive pattern on a polymer substrate. However, conventional methods have limitations such as increase in viscosity of matrix material, difficulty in controlling electromagnetic properties, and deterioration of mechanical properties. Therefore, in this study, in order to overcome these limitations, a method for implementing a RAS with improved mechanical properties and easy control of electromagnetic properties was studied. In this study, a periodic pattern fabric (PPF) having a desired shape was realized by applying a photolithography process to a electrolessly nickel plated glass fiber fabric (Ni-glass). And using this PPF, an CA-absorber and an pixelated PPF were implemented. First, in Chapter 2, a photolithography process was applied to the Ni-glass fabric. Based on the conventional photolithography process, photoresist (PR) film adhesion, exposure, etching, and peeling processes were performed in this order. And a parameter study was performed for each process parameter required for the application of photolithography on Ni-glass fabric. In particular, in the process of attaching the PR film, a process of attaching the PR film using an autoclave has been proposed. This process allowed the effective adhesion of the PR to textile materials with curved surfaces. Therefore, photolithography process parameters have been established, and RAS can be implemented using Ni-glass fabric through these process parameters. Next, in Chapter 3, a CA-broadband RAS with improved mechanical properties was implemented. Conventionally, in order to implement a CA-absorber, a method in which a conductive pattern is printed on a polymer-based printed circuit board material has been used. However, these polymer-based substrate materials cause deterioration of mechanical properties when manufacturing composite materials. Therefore, using the process established in the previous chapter, a PPF in which a loop-type conductive pattern is repeated was manufactured. And a RAS with -10 dB absorption band in part of C-band and X-band was designed through genetic algorithm technique. Three-point bending shear and tensile tests were performed to measure the mechanical properties. As a result, the proposed RAS showed -10 dB bandwidth of the 6.3 GHz (6.7 ~ 13 GHz), and showed superior mechanical properties without degradation of interlaminar shear strength and tensile stiffness compared to previous studies. Finally, in Chapter 4, a sandwich RAS with light and broadband absorption performance was implemented with a pixelated pattern implemented through a foam core and a genetic algorithm. In the conventional CA-absorber, simple patterns such as patches, loops, and crosses were used. However, these patterns have been confirmed to have limitations in their electromagnetic wave absorption performance through many studies. Laminate materials,
such as glass fiber reinforced composites, also increase weight due to their high thickness when used as spacers for broadband absorbers. Therefore, in this study, thin and light broadband radar RAS with -10 dB bandwidth in C-band and X-band using pixelated patterns were proposed and implemented. The pixelated pattern and the structure of the RAS were designed using a design tool of the CST software. And the designed pattern was fabricated to a pixelated PPF through a photolithography etching process with the advantage of sophisticated patterning. Sandwich pixelated PPF-RAS was fabricated using pixelated PPF, GFRP, foam core, and Ni-glass fabric for PEC. The fabricated sandwich pixelated PPF-RAS had a -10 dB bandwidth at 5.8–12.4 GHz. The simulation result is expected to have -10 dB bandwidth in the 5–13 GHz band. This absorption performance has superior broadband absorption performance compared to previous studies in terms of thickness and weight. In addition, mechanical properties were measured through a four-point bending test. As a result of the measurement, there was no deterioration in structural properties compared to the conventional composite sandwich structure. Therefore, it was confirmed that it has superior structural reliability as well.
본 연구에서는 포토리소그래피 공정을 활용하여 다양한 형태의 전자파 흡수 구조가 구현되었다. 기존의 전자파 흡수 구조는 손실재료를 복합재료의 기지재료에 분산하는 방법, 손실이 있는 섬유를 사용하는 방법, 폴리머 기판 상에 전도성 패턴을 인쇄하는 방법을 통해 구현되어왔다. 하지만 기존의 방법들은 기지 재료 점도의 증가, 전자기 물성 조절의 어려움, 기계적 물성 저하와 같은 한계가 있었다. 따라서 본 연구에서는 이러한 한계를 극복하기 위하여 기계적 물성이 개선되고 전자기 물성의 조절이 용이한 전자파 흡수 구조의 구현 방법에 대한 연구를 수행하였다. 이를 위해 본 연구에서는 니켈이 무전해 도금된 유리섬유 직물(니켈-유리섬유)에 포토리소그래피 공정을 적용하여 원하는 형태의 패턴을 갖는 주기 패턴 직물을 구현했다. 그리고 이 주기 패턴 직물을 활용하여 아날로그 회로 흡수체와 픽셀화 된 패턴을 갖는 흡수체가 구현되었다. 이를 위해 먼저 챕터 2에서는 포토리소그래피 공정을 니켈이 무전해 도금된 유리섬유 직물에 적용하기 위한 연구가 수행되었다. 기존의 포토리소그래피 공정을 참고하여 포토레지스트(PR) 필름의 부착, 노광, 에칭, 박리의 과정 순으로 수행되었다. 그리고 니켈-유리섬유 직물에 요구되는 각 공정 변수에 대한 스터디가 수행되었다. 이 중 PR 필름의 부착 과정에서는 오토클레이브를 이용하여 PR 필름을 부착하는 새로운 공정이 제안되었다. 이 새로운 공정을 통해 표면에 굴곡이 있는 직물 재료에 효과적으로 PR을 부착할 수 있었다. 이를 통해 본 연구에서는 니켈-유리섬유 직물을 이용하여 전자파 흡수 구조로 구현할 수 있는 공정 변수가 수립되었다. 다음으로 챕터 3에서는 기계적 물성이 개선된 아날로그 회로 광대역 전자파 흡수 구조가 구현되었다. 아날로그 회로 흡수체를 구현하기 위해서는 고분자 기반의 인쇄 기판 재료에 전도성 패턴이 인쇄되는 방법이 사용되어왔다. 하지만 이러한 고분자 기반의 기판재료는 복합재료의 제작 시 기계적 물성 저하의 원인이 된다. 따라서 앞서 수립된 공정을 이용하여 루프 형태의 전도성 라인이 반복되는 유리섬유 직물을 제작하였다. 그리고 유전자 알고리즘 기법을 통해 C-band 일부와 X-band 대역에서 90% 이상의 흡수 성능을 갖는 전자파 흡수 구조를 설계하였다. 기계적 물성의 측정을 위해서는 3점 굽힘 전단과 인장 시험이 수행되었다. 그 결과 제안된 전자파 흡수 구조는 6.3 GHz (6.7 ~ 13 GHz) 대역에서 90% 이상의 흡수 성능을 보였으며, 기존 소재 대비 층간전단강도와 인장강성의 저하가 없는 우수한 기계적 물성을 보였다. 마지막으로 챕터 4에서는 폼 코어와 유전자 알고리즘을 통해 설계된 픽셀화 패턴을 이용하여 가볍고 광대역 흡수 성능을 갖는 샌드위치 RAS가 구현되었다. 기존의 아날로그 회로 흡수체에는 패턴들은 패치, 루프, 십자가 등과 같이 단순한 형태의 패턴이 사용되었다. 하지만 이러한 패턴들은 많은 연구를 통해 전자파 흡수 성능에 한계가 확인되었다. 또한 유리섬유 강화 복합재료와 같은 라미네이트 재료는 광대역 흡수체의 스페이서로 사용될 때 두꺼운 두께로 인해 중량을 증가시킨다. 따라서 본 연구는 유전자 알고리즘을 통해 도출된 픽셀화 패턴의 주기 패턴 직물과 폼 코어를 사용하여 가벼운 광대역 샌드위치 전자파 흡수 구조를 제안하였다. 주기 패턴 직물의 픽셀 패턴은 유전자 알고리즘을 이용하여 C-band와 X-band에서 -10 dB 흡수 대역을 만족하는 목적함수를 통해 도출되었고, 앞서 수립된 포토리소그래피 에칭 공정을 통해 제작되었다. 제작된 샌드위치 RAS의 전자파 흡수 성능 측정 결과는 4.3 mm의 얇은 두께로 5.8-12.4 GHz 이상의 -10 dB 흡수 대역을 보였다. 또한 샌드위치 RAS의 90% 이상이 폼 코어로 이루어져 있기 때문에 기존 연구 대비 낮은 밀도로 전자파 흡수 구조가 구현되었다. 또한 4점 굽힘 시험 결과 기존 소재 대비 물성 저하가 없는 우수한 기계적 물성이 확인되었다.
