In this paper, the development of transparent antennas, metasurfaces, and radar-transparent heater film is discussed. The fabrication process and design study of highly conductive metal grid structures (metal mesh) using UV curable resin and silver paste was conducted in relation to RF applications. The discussion includes trends and applications of transparent conductive films(TCF), emphasizing the necessity of highly conductive (high aspect ratio) metal meshes. Drawing from theoretical foundations, the dissertation provides a comprehensive examination of methods and assessments for manufacturing metal mesh, encompassing various techniques for creating single-layer, multilayer, double-sided, and large-area structures.
Simulation, fabrication, and evaluation are carried out to develop transparent antenna, metasurface, and radar-transparent heater. Particularly regarding the development of transparent antenna and metasurface, optimal structures are designed through a theoretical design and simulation using HFSS. For the radar-transparent heater film, the optimal design was achieved through thermal(MATLAB) and wave propagation analyses(CST).
In summary, this dissertation presents the development of transparent antenna, metasurface, and radar-transparent heater film using highly conductive metal mesh. The efficacy of the developed metal mesh is substantiated, showcasing its capability to enable the design and integration of micro-scale structure in contrast to alternative TCFs. This characteristic facilitates streamlined mass production and exhibits commendable Figures of Merit(FoM). The validation underscores the potential applicability of the proposed metal mesh across diverse RF applications.
본 논문에서는 UV임프린팅을 이용하여 고폭비의 격자 패턴 성형을 진행하고, 실버 나노파티클을 이용하여 형성된 패턴에 전극을 형성하는 방식의 메탈메쉬 제조 공정을 제안하며, 이를 확대 적용하여 양면 공정, 복층 공정, 대면적 공정, 소프트 복제 공정까지 연구의 범위를 확장하였다. 또한 제안한 방법의 장점과 단점과 한계점, 보호과정(Passivation) 및 패키징 방법 또한 함께 기술하였다.
또한 고전도성 금속 격자(메탈메쉬)의 이론적 배경을 확립하기 위하여, 이론적 투과율, 전도성, 이를 이용한 성능지표(FoM) 공식을 정리했다. 디자인과 회전 각도에 따라 달라지는 가장자리 손실 효과에 대해 수학적인 계산을 통해 오차 범위를 연구했고, 디바이스 설계시 반영하여 적용했다.
마지막으로 본 논문에서는 3가지 고주파 응용 제품(투명안테나, 메타표면, 레이더 투과형 히터)의 설계, 제작, 평가를 다룬다. 고주파 제품이기 때문에 설계는 안테나 패턴 혹은 내부 패턴, 연속 패턴에 대한 고주파해석 프로그램(HFSS, CST)이 이용되었고 히터에서는 열 평형 방정식을 풀기위해 Runge-Kutta 법을 이용한 수치해석을 진행했다. 설계시 가장자리 손실 효과, 적정 전도성 등을 고려하여 제품을 설계했다. 제작이 완료된 후에는 안테나의 성능측정, 고주파 성능 측정, 투과/반사 측정, 히터 성능 측정, 제상 성능 측정 등의 평가를 진행하였다.
메탈 메시를 이용할 때 갖는 고전도성 때문에 RF 디바이스들이 우수한 성능을 가지는 것을 논문을 통해 입증하였다. 이는 연구적인 가치가 충분함을 밝히며, 관련된 일부 이전된 기술이 성공적으로 상업화된 점은 해당 기술이 상업적인 가치도 있음을 시사한다. 개발된 메탈 메시는 해당 연구들을 토대로 현재 큰 이슈가 되고 있는 5G 음영지역 문제를 해결함과 동시에 사물인터넷 시대를 확장하는 훌륭한 고주파용 소재가 될 것으로 기대된다.
