휴대전화 등의 전자회로에서 발생하는 노이즈를 제거 또는 억제하는 것에 칩과 플레이트 상의 작은 전파 흡수소자하는 것이 있다. IC소자와 신호선 등에서 발생한 저주파에서 마이크로파에 이르는 노이즈 대책에는 얇은 판상의 노이즈 억제 시트를 접합하는 방법이 이용되고 있다. 대부분의 경우, 이 시트는 미소한 편평상 자성재를 기본으로 하고 상품에 따라 각종 재료가 혼합되어 있다. 또한 미소한 페라이트 칩을 회로 상에 부착하는 것도 효과적이다.

전파 흡수체의 응용분야와 제품                 
안전한 전자 환경 조성을 위한 내장재               
건물 내부에 있어서의 정보기기의 오동작, 무선 시스템간의 전파 상호간섭, 고속 무선 랜에 있어서 실내 전파 반사에 의한 통신 에러, 컴퓨터 등의 고주파 발진 등이 있으며, 이런 문제 해결을 위해서 전자파 차폐 및 흡수 재료들이 사용되고 있다. 천장, 벽, 바닥에는 Fe, Cu, Al 등 금속재료나 비금속 재료를 도전처리한 도전성의 판자재, 판재, sheet재를 사용하고 있으며 문에는 금속소재, 창문에는 도전화된 금속 mesh 유리 혹은 코팅유리나 sheet 소재를 사용하고 있다. 그리고 환기구에는 Honer comb 및 mesh형 air vent가 사용된다. 병원과 같은 의료시설 내에서 사용되고 있는 심전도 모니터, 인공호흡기, MRI 등은 전자파의 영향을 받기 쉬운 전자기기이다. 특히, MRI는 강력한 자장과 전자파를 모두 사용하기 때문에 외부에 영향을 주거나 혹은 받기 쉬워서 검사실 내에 자기 차폐 등의 내장재가 사용된다.
2.45GHz의 마이크로파를 사용하는 전자렌지의 문 틈새 부분에서 나오는 전파 누설을 방지하는 대책으로 고무 페라이트와 수지 페라이트 등이 검토되고 있다. 최근에 전자렌지의 누설파가 무선 LAN(2.4GHz)에 미치는 영향을 방지하기 위해서 탄소계 유전성 재료인 피막과 페라이트 등을 건재와 조합시켜 구성한 것이 많다.

이동체 통신용                 
ITS(고속도로 교통시스템, intelligent transportation system)의 자동요금 수수 시스템(ETC)에는 전파 간섭과 혼신을 피하기 위해 시스템 주변에 전파 흡수체가 장치되어 있다. 특히, high pass시설 등을 설치할 때 종래 있었던 요금소의 톨게이트 차선을 그대로 이용하기 때문에 요금소의 천장, 기둥 등에서 전파가 다중반사됨으로써 관련 장비에 오동작을 일으킬 수 있으며, 이를 방지하기 위해서 요금소의 천장, 차선간, 도로포장에 전파 흡수체를 설치하고 다중반사를 억제하는 것이 필요하다. 이러한 전파 흡수체는 도전성 재료를 포함하는 발포제, 금속섬유를 부직포에 함유시킨 것, 도전성 도료를 합성 섬유에 도포한 것, 페라이트 제품 등이 이용되고 있다.
DSRC(Dedicated short-range communications)에 의해서 주차장을 출입하는 차량을 관리하는 시스템 구축의 경우에도 다중 산란파에 의한 시스템의 오동작 우려가 있다. 그 외에는 주유소, 여객선 탑승장, 편의점, 드라이브 through 점포 등에서도 비슷한 문제가 발생할 수 있다.
ITS/DSRC 서비스가 터널 내에서 가능한 경우, 터널 내벽에서 다중 반사에 의한 이상통신이 발생할 우려가 역시 존재한다. 터널 내장판으로 사용되기 위해서는 ITS/DSRC의 흡수 성능을 만족시켜야할 뿐만 아니라 내구성을 가져야 하고, 또한 내화성, 불연성, 내마모성을 만족시켜야 한다. 또한 표면의 반사율/흡수율이 장기적으로 유효해야 하며, 미관도 고려를 해야 한다. 현재 glass wool에 carbon을 혼입시켜 경량화와 함께 저항을 떨어뜨린 제품과 발포체의 벽재에서 유리나 세라믹을 사용한 제품 등이 일본 등에서 실용화를 위해서 시범 설치되고 있다.

전파 암실              
일반적으로 전파 암실은 전파 반사가 없는 공간을 실현한 것인데, 이를 위해 실내 각 벽면에 전파 흡수체를 코팅 또는 접합시켰다. 전파 암실은 실내에서의 안테나 방사 패턴을 정밀하게 측정할 필요 때문에 개발되었다. 이후에 위성 통신용 안테나의 특성 실험에서 우주 공간과 동일한 환경을 실현하기 위해 고주파용 전파 암실이 개발되었다. 최근에는 전자, 통신 기기와 자동차 등에서 방생하는 각종 전자파 노이즈의 평가 및 수출용 전자기기에 관해서는 각국의 전자 환경규제를 통과하기 위해 그 성능 평가에 전파 암실이 많이 이용되고 있다. 최근의 전자파 환경 문제 개선을 위해 각종 전자기기로부터 방사 전자파 평가 시험을 위한 전파 암실이나 밀리미터파 대의 연구개발에 맞추어 그 범위가 밀리미터파까지 사용 가능한 전파 암실이 시공되고 있다.
전파 암실은 실내의 벽면에 전파 흡수체를 붙인 방으로, 내부에서 발생된 전파는 벽면에서 흡수되어 반사파가 생기지 않으므로, 전파로 보면 무한 공간과 동일한 방이다. 전파 암실의 크기는 측정하려는 제품에 따라서 작은 규모에서 자동차 또는 그 이상의 측정 대상물이 들어갈 수 있는 크기이며 건축에 상당한 금액의 재원이 투자되어야 된다. 전파 암실 건설에는 아연도금 강판으로 암실의 뼈대를 만들어 차폐를 하고, 저주파 대책을 한 다음에 전파 흡수체를 용도에 따라 붙이게 되며, 고주파 대역을 위해서는 전용 전파 암실용 흡수체를 부착한다. 전파 암실에서 사용되고 있는 일반적인 전파 흡수체는 피라미드형으로 발포 우레탄에 탄소를 내장시킨 유전성 재료를 단독으로 사용하거나 페라이트와 조합한 것을 사용한다. 또는 금속 섬유를 포함한 유전성 재료와 페라이트를 조합한 것을 사용하기도 한다. 이러한 평면형 이외에도 유전성 재료의 다층형, 유전성 재료와 페라이트의 조합에 의한 다층형, 페라이트 단독형 등이 사용되기도 한다.

전자제품 및 통신 장비            
휴대전화 등의 전자회로에서 발생하는 노이즈를 제거 또는 억제하는 것에 칩과 플레이트 상의 작은 전파 흡수소자하는 것이 있다. IC소자와 신호선 등에서 발생한 저주파에서 마이크로파에 이르는 노이즈 대책에는 얇은 판상의 노이즈 억제 시트를 접합하는 방법이 이용되고 있다. 대부분의 경우, 이 시트는 미소한 편평상 자성재를 기본으로 하고 상품에 따라 각종 재료가 혼합되어 있다. 또한 미소한 페라이트 칩을 회로 상에 부착하는 것도 효과적이다.
PDP/LCD TV, PC 및 DVD/캠코더/디지털 카메라 등의 디지털 가전과 무선랜 장비 및 이동통신 중계기와 단말기 등의 통신 장비에는 불필요한 전자파로 인한 장해 문제를 줄이기 위해서 케이스, 전자회로 기판 및 chip 수준의 전파 흡수체가 사용되고 있다. 차폐 케이스 내부에 전파 흡수체를 부착하면, 내부 EMI 및 공동 공진(cavity resonance)의 저감할 수 있으며, 주로 board 수준의 차폐와 같이 행해진다. 또한 CPU 및 LSI, IC 등에 대해서는 chip 수준의 대책으로 흡수체를 바로 부착한다.
최근의 디지털 가전 등은 작은 면적에 많은 기능을 넣어야 하는 제품인 만큼 유연한 sheet 형태의 전파 흡수체를 사용하고 있다. 최근의 디지털 가전 및 무선기기에서 잡음이 주로 발생하는 부분은 IC 패키지, 전자회로기판 및 케이블 부분이며 이들에 전파 흡수체 제품을 직접 부착하면 노이즈를 많이 줄일 수 있다. 모든 전자/통신제품은 전자회로기판을 사용하고 있으며, 이들로부터 발생하는 노이즈를 감소시키는 것이 노이즈 대책의 기본이다. 캠코더, DVD, 컴퓨터 등의 전자회로기판에는 전파 흡수체를 사용하고 있다.
DVD, 컴퓨터 등 제품들에 사용되는 케이블은 전자파 노이즈의 주요 발생원으로써 케이블 뒷면에 흡수체를 부착함으로써 전자파 노이즈를 줄일 수 있다. 전자제품에서 IC제품의 비중이 증대함에 따라서 이들로부터의 전자파 노이즈 발생도 증가하고 있으며, PC의 경우에는 CPU 및 DSP 등 IC로부터의 노이즈 저감을 위해서 흡수체를 부착하고 있다. 디지털 카메라 및 캠코더 등에 사용되는 CCD로부터 발생되는 노이즈의 감소를 위해서도 흡수체를 사용한다. 휴대전화와 같은 통신장비의 경우에도 주요 잡음의 원인이 되는 IC패키지, 케이블, PCB회로 등에 대해서 전파 흡수체가 적용되고 있으며, 무선통신을 이용하기 때문에 안테나의 패턴 특성 개선 등에 흡수체가 사용된다. 휴대전화의 다기능화로 DSP에서의 노이즈가 강해져 액정표시 패널이나 capacity 마이크의 flat 케이블을 안테나로 방사하여 스스로의 RF부에 방해를 주어 수신 감도를 열화시키는 부적절한 상태를 flat 케이블에 전파 흡수체를 부착하여 개선할 수 있다. 접지가 불충분한 샤시판이 PCB에 흐르는 고주파 전류에 의한 전계에서 여기되어 patch 안테나와 같이 작용하여 노이즈를 방사하거나, 차폐재의 개구부에서 여기된 고주파 전류가 흘러 개구부나 slot 안테나와 같이 떨리는 것을 방지하기 위해서 흡수체를 적용한다.

물류용 RFID          
RFID는 바코드를 대체하면서 유통/물류 업계에서 활용이 증대하고 있으며, UFH나 2.45GHz의 주파수를 사용하는데, 무선이 관계로 전파반사가 문제가 된다. Reader, writer의 주변에 금속판이 있으며 그 반사로 해서 전파는 중첩으로 인한 소멸 혹은 강화되어 RFID 신호를 제대로 읽어들이지 못하는 문제 등이 발생할 수 있다. 이러한 문제에 대해서 RFID 대책용 흡수 sheet 제품은 안테나의 민감도를 개선시켜서 reader/write의 성능을 개선하게 된다.

군사 장비의 스텔스 기능                 
소기의 군사적 목적 달성을 위해서는 아군의 항공기나 선박 등이 적에게 가능하면 탐지되지 않아야 하며 이를 위해서 낮은 피탐성, 즉 스텔스 성능을 갖도록 하기 위한 다양한 방법이 시도되고 있다. 특히 레이더에 탐지되지 않도록 적의 지향성 안테나에서 방사된 전파 에너지가 반사되는 단계에서 반사파를 조절, 통제함으로써 자신이 노출당하지 않도록 하는 다양한 기술과 방법이 사용되고 있다. 항공기나 선박의 형상을 설계, 제작할 때에 항공기, 선박 등의 이동체의 평면 부분과 특별한 첨단 부분(뾰족한 부분 등)을 줄이면 정반사를 극소화하고 난반사를 일으키는 구조로 만들 수 있다. 에너지 파동이 비교적 잘 반사하는 금속성 물질로 만들어진 기존 이동체들의 표면을 전파 흡수 도료로 덧씌우는 방법도 이용되고 있다. 스텔스 기능 구현을 필요로 하는 군사장비는 레이더 전파의 난반사를 일으키기 위해 다면체 형식을 지향하며, 표면에서 페라이트를 활요한 전파 흡수체를 도료로서 칠함으로써 적의 레이더를 흡수케 하고 있다. 최근에는 각종 레이더파 대역(x band, Ku band, L band)의 흡수체가 개발되어 스텔스 기능을 요구하는 군사장비에 사용되고 있다.

고층 건조물 벽면용(TV 방송, 전자파 장해 대책용)            



고층 빌딩의 증가에 따라 빌딩 벽면에서 나오는 TV 전파의 반사파가 직접파와 간섭하는 이른바 TV고스트의 발생이 문제가 되어 왔다. 그림 1에서 나타낸 것과 같이 고층 건축물의 TV전ㅍ가 반사됨으로 해서 TV에 생기는 장해문제는 빌딩 등의 외벽에 전파 흡수체를 붙여 반사파를 적게하는 방법이 많이 사용된다. 또한 빌딩 벽면의 내측에 매립하는 타일 모양 페라이트재, UHF대의 특성을 유지하기 위해 페라이트와 유전체를 조합시킨 재료, 또는 패널 모양의 제품 등이 있다. 그렇지만 디지털 방송과 케이블 TV의 보급확대로 인해 이러한 TV파의 전파 장해 문제가 감소되고 있다.

레이더 허상 방지용 건축물 외장재            



선박의 레이더가 교각의 반사파를 포착해 실제로는 선박이 존재하지 않음에도 불구하고 디스플레이 상에 허상(fake image)을 비추는 문제가 발생한다. 또한 선박의 미스트에 의한 반사파도 허상을 만드는 원인이 된다. 이러한 레이더 허상은 그림 2에 나타낸 것과 같이 선박의 미스트나 가시거리 내의 교량으로부터의 반사에 의해 생길 수 있는데, 대형 교량이 건설되면서 이것에 의한 선박용 x band 레이더의 전파반사에 기인한 레이더의 허상문제가 야기되고 있다. 선박의 레이더 허상방지 대책으로는 고무 페라이트와 페라이트 분말과 유전성 분체로 이루어지는 후막 도료, 부직포에 금속 섬유를 사용한 흡수체가 주로 이용되고 있다.

앞에서 언급한 전파 흡수체의 용도와 사용례를 표 1에 간략히 정리하였다.



전파 흡수체의 기본 원리 및 기술동향과 시장              

전파 흡수체의 기본 원리            


  
전자기기 및 통신장비에 이용되는 주파수 범위를 그림 3에 나타냈다. 전파원으로부터 공간에 방사된 전자파는 공간을 전파함에 따라서 위상면이 직선상인 평면파로 되며, 평면파가 자유공간을 이동하는 경우에는 세기가 거의 감소되지 않지만, 손실 재료(도전체, 유전체, 자성체)와 같은 매질을 만나게 되면 손실 재료의 특성에 따라서 반사, 흡수, 투과가 일어난다.

전파 흡수체는 전자파로부터 에너지를 흡수해서 열로 변환시키는 것이다. 흡수되는 에너지는 다음과 같이 나타낼 수 있다.

경계면에서의 전자파의 반사 또는 투과는 매질의 임피던스에 의해 결정된다. 전기 전도도가 제로(σ=0)라고 할 수 있는 유전체(dielectric)에서의 전자파의 임피던스(impedance)는 전자파의 전계(E)와 자계(H) 성분비로 표현되어 지는데 식 (1)에서와 같이 매질의 투자율(permeability, μ) 대 유전율(permittivity, ε) 비의 제곱근으로 표시할 수 있다.

여기에서 투자율은 μ=μ0μr로 표시되는데, μ0은 자유공간에서의 투자율이고, μr은 상대투자율이다. 또한 유전율은 ε=ε0εr로 표시되는데, ε0은 자유공간에서의 유전율이고, εr은 상대유전율이다. 그림 4에 나타낸 것과 같이 매질 1에서 매질 2로 전달되는 전자파의 입사파, 반사파, 투과파의 전계를 각각 Ei, Er, Et라 하면 경계면에서 반사계수(reflection coefficient) Γ와 투과계수(transmission coefficient) T는 각각 다음과 같은 식 (4)와 (5)으로 주어진다.

여기서 Z1과 Z2는 각각 매질 1과 매질 2의 임피던스이다.
서로 다른 물질의 경계면에서 일어나는 전자파의 반사, 투과 그리고 흡수는 그 매질의 상대 복소유전율(complex relative permittivity, εr = εr’ - εr”)과 상대 복소투자율(complex relative permeability, μr = μr’ - μr”)에 의해 영향을 받는다고 볼 수 있다. 여기서 εr’, μr’은 전자파 에너지의 축적을 의미하는 실수항이고, εr”, μr”은 손실에 해당하는 허수항이다.

1) 감쇠형 전파 흡수체(공명형 전파 흡수체)             
전자파가 매우 두꺼운 매질로 전파되는 경우, 즉 매질 뒷면에서의 전자파의 반사가 일어나지 않는다고 가정하면, 공기와 매질의 경계면에서 전자파의 반사가 일어나지 않기 위해서는 반사 계수 Γ = 0이어야 한다. 즉, 매질 1과 매질 2의 임피던스가 같아야 한다.(Z1=Z2). 이러한 조건을 임피던스 정합(impedance matching)이라고 부른다. 임피던스 정합이 이루어졌을 때에 입사파는 모두 매질 2로 투과되고 그 때의 투과 계수 T=1이 된다.
전자파가 공기 중에서 전파 흡수체로 입사한다고 가정했을 때에, 전파 흡수체의 표면에서 전자파의 반사가 일어나지 않는 조건으로는 첫째 계면에서 전자파의 반사가 일어나지 않도록 재료의 임피던스가 공기와 같아야 하고, 둘째 재료의 손실 계수가 커서 투과된 전자파가 급격히 감쇠되어야 한다.
공기(자유공간)의 임피던스는 다음과 같다.

또한 첫 번째 조건인 임피던스 정합이 이루어지기 위해서는 재료의 유전율과 투자율 사이에 다음과 같은 관계식이 만족되어야 한다.

그렇지만, 이러한 재료의 합성은 현재까지 쉽지 않다. 이를 해결하는 방안으로 전파 흡수체의 기하학적 형태를 조절하여 피라미드 형태로 만들거나 다층화하는 방법이 이용되고 있다. 미국에서는 피라미드 형태를 많이 사용하고 있다. 이것은 전파를 흡수시킴과 동시에 여러 방향으로 전파를 산란시킨다. 다층화하는 방법은 표면 근처에서는 재료의 특성을 공기의 특성화 유사하게 만들고 흡수체 내부로 들어갈수록 손실 계수가 커지게 만드는 것이다. 이러한 타입의 전파 흡수체들은 두께가 큰 문제점을 가지고 있지만 광대역의 주파수에 걸쳐 전파 흡수특성이 우수하여 전파 암실(Anechoic Chamber)에 이용되고 있다.
공기 중에서 매질로 입사하는 전자파를 파동함수로 표현하면, 공기와 매질의 경계면에서 임피던스 정합이 이루어져 반사 계수가 제로(Γ = 0)가 되기 위해서는 매질, 즉 흡수체의 임피던스는 다음과 같은 조건을 만족해야 한다.

여기에서 t는 흡수체의 두께이고, λ는 자유공간(free space)에서의 전자파의 파장이다. 식 (7)을 만족되었을 때에 특성 임피던스(characteristic impedance) 정합이 이루어졌다고 말하고 주어진 흡수체이 재료 정수(μr, εr)에서 식 (7)을 만족하는 흡수체의 두께와 전자파의 주파수를 각각 정합 두께, 정합주파수라 부른다.