2012년 11월 5일 월요일

종이와 잉크젯으로 만드는 안테나(antenna made of paper and inkjet)


[경고] 아래 글을 읽지 않고 "종이와 잉크젯으로 만드는 안테나"를 보면 바보로 느껴질 수 있습니다.
1. 가장 쉬운 안테나 이론


안테나(antenna)를 제작할 때 가장 비싼 부분은 안테나용 기판(substrate)과 식각(etching) 비용이다. 이 비용을 획기적으로 줄여서 안테나를 값싸게, 가볍게, 휘어지게, 환경친화적으로 만드는 기술이 종이와 잉크젯으로 만드는 안테나 기술[1]이다. 식각 공정을 이용하지 않기 때문에 환경을 오명시키는 부산물이 나오지 않고 안테나 제작도 빠르게 할 수 있다.

[그림 1] 잉크젯 프린터를 이용해 잉크를 뿌린 모습(출처: [1])

[그림 1]은 일반적인 잉크젯 프린터(inkjet printer)를 이용해 출력한 경우 잉크 방울의 특성을 보여준다. 잉크젯 프린터를 조정해서 선을 그릴 수도 있고 점을 찍을 수도 있다. 잉크가 전도성을 가지도록 하기 위해 은 나노입자(silver nanoparticle)가 포함된 잉크를 사용했다. 은 나노입자가 잉크에 잘 흩어지도록 입자 표면에 얇은 중합체(polymer)를 입혔다. 은 나노입자는 [2]에서 구입할 수 있다.

[그림 2] 종이 기판 위에 잉크젯으로 형성한 비발디 안테나(출처: [1])

[1]에서는 사진 전용 인화지(photo paper)를 기판으로 사용해 비발디 안테나(Vivaldi antenna)를 만들었다. 인화지는 손실(loss)이 좀 크지만 12.5 [GHz]까지 사용할 수 있다. 6.5 [GHz]를 기준으로 인화지의 유전상수(dielectric constant)는 3, 손실탄젠트(loss tangent)는 0.06 정도가 된다. 이 인화지에 은 나노입자가 든 잉크를 잉크젯 프린터로 뿌려 비발디 안테나 패턴을 만들었다. 이대로는 은 나노입자 표면에 입혀진 중합체로 인해 전도성을 띠지 않기 때문에 열이나 레이저로 중합체를 녹여야 한다.

[참고문헌]
[1] B. S. Cook and 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, Sept. 2012.
[2] Sigma-Aldrichhttp://www.sigmaaldrich.com/korea.html.
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댓글 4개 :

  1. 결국 종이가 타겠군요. ㅋㅋ

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    1. 맞아요, 말은 쉬운데 여러 번 시행 착오를 겪어야 태워 먹지 않겠지요. ㅋㅋ

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  2. 주파수를 높일려면 종이 보다 전동성 높은 매질이 사용되야 겠군요. 예를 듦면 금속이나 비금속에 속하는 실리콘쯤으로 생각되는군요.

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    1. 수 GHz까지는 일반 유전체 기판을 쓰면 되고, 수십 GHz까지는 금속을 써야 안테나 특성이 잘 나옵니다. ^^
      실리콘 기판은 너무 비싸서 연구용이 아니면 사용하지 않아요.

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