숭실대학교는 전자정보공학부 이호진 교수 연구팀이 무인이동장치에 적용 가능한 에너지 집속 메타표면 기반 초소형 무선 전력 전송 시스템을 개발했다고 5일 밝혔다.
연구팀은 이호진 교수(교신저자)를 비롯해 이원우 박사(전자정보공학부, 제1저자), 박홍수 박사(지능형반도체학과, 공동 제1저자), 전자정보공학부 박창근 교수, 홍순기 교수로 구성됐다.
연구팀이 개발한 신형 메타렌즈는 두께 1㎜ 미만 단층형 메타표면을 활용한 전자파의 에너지 집속이 가능하다.
수직 입사뿐만 아니라 다양한 입사각을 가진 전자기파에 대해서도 우수한 집속 성능을 보였다.
기존 메타표면 기반 렌즈 기술은 대부분 가시광선 대역에 집중돼 밀리미터파 대역을 활용하는 통신 및 안테나 응용에 어려움이 있었다.
숭실대 연구팀은 중심 동작 주파수인 22.5㎓ 대역에서 편광 방향에 무관하게 작동하는 독립적인 전자기 집속 특성을 구현해 밀리미터파 대역에서 작동 가능한 새로운 메타표면 렌즈 설계 기술을 제시했다.
해당 메타렌즈는 입사각에 대한 민감도가 낮아 -10도에서 10도 사이 기울어진 각도로 전자기파를 입사하더라도 집속 초점 위치 변화가 적다.
해당 메타렌즈를 통해 집속된 전자기파 에너지는 패치 안테나를 거쳐 CMOS 기반 초소형 정류기를 통해 직류 전압으로 변환된다.
이어 DAC 변환기를 통해 초소형 무인이동체 구동에 필요한 전압으로 최종 변환된다.
이를 통해 연구팀은 메타렌즈와 CMOS 회로 기술을 융합한 초소형 무선 전력 전송 시스템을 구축했다.
이호진 교수는 "이번 연구는 전자기 집속 메타표면 기술과 CMOS 회로 설계 기술을 융합해 무선 전력 전송 시스템을 구현한 첫 사례"라며 "향후 광대역·광각 전자기 집속 및 더 높은 효율의 전력 변환이 가능한 시스템을 개발하고 상용적 유효성 검증을 위한 후속 연구로 이어갈 계획"이라고 말했다.
최영찬 기자 elach1@asiae.co.kr
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