Search

메타표면 렌즈를 활용한 혁신적 빔포밍 기술 개발

요약 인천대학교 산학협력단이 개발한 새로운 빔포밍 기술은 메타표면 렌즈를 활용하여 전자파의 방향을 3차원 공간에서 자유롭게 조절할 수 있게 함으로써, 기존 기술의 한계를 극복하고 통신 및 레이다 시스템의 비용, 전력 소모를 줄이며 성능을 향상시킬 수 있는 가능성을 제시합니다. 이 기술은 5G, 6G 이동통신, 자율주행차량, eVTOL 충돌 탐지 레이다 등 다양한 분야에 적용 가능하며, 경제성 및 환경 친화성을 향상시키는 데 기여할 것으로 기대됩니다.

기본 정보

특허명: 칩셑 능동 위상 천이기가 불필요한 전자파 소-스 선택에 의해 전자파 빔의 3차원 공간 상 지향각 조절이 가능한 메타표면 평면렌즈형 레이다 및 통신용 빔포밍 안테나
대표 발명자: 강승택 교수
출원번호: 10-2023-0099668

발명의 배경 및 필요성

기술 발전의 역사

전자파 기반 통신 및 레이다 기술은 20세기 초반부터 발전하여 현대 사회에서 다양한 분야에 필수적임
스마트폰, 인터넷, 위성 통신의 발전은 무선 통신 기술의 중요성을 강조함
레이다 기술은 군사, 항공, 해양 탐사, 기상 예측 등에서 안전과 보안을 위해 중요함
빔포밍 기술은 전자파 기반 통신 및 레이다 시스템의 신호 범위와 품질을 향상시키는 핵심임

기술 개선의 필요성

기존 빔포밍 기술은 비용, 전력 소모, 시스템 무게 증가 등의 문제를 가지고 있음
이 문제들은 군사용 레이다, 대용량 데이터 전송이 필요한 5G 이상의 통신 네트워크, 우주 탐사 및 위성 통신 시스템에서 제약으로 작용함

구현방법

기술 원리 및 구현

이 기술은 전자파의 방향을 3차원 공간에서 자유롭게 조절할 수 있는 메타표면을 활용함.
메타표면은 전자파가 통과할 때 방향이나 형태를 변경할 수 있는 특수 구조의 재료로, '능동 위상 천이기' 없이도 전자파의 방향 조절이 가능함.
메타표면 렌즈는 금속 링과 변형된 원형 패치로 이루어진 여러 층의 단위 셀 구조를 포함하며, RF 스위치를 사용하여 원하는 방향으로 전자파를 보내는 특정 방사 패치를 선택함.
선택된 패치에서 발생한 전자파는 메타표면 렌즈를 통과하며 방향과 형태가 조절됨.

기술의 장점

복잡한 전자 장치 없이도 전자파의 방향을 조절할 수 있어 경제적이고 간단하며, 메타표면 렌즈를 통해 전자파의 방향을 매우 정밀하게 조절할 수 있음.
이 기술은 전자파를 다양한 방향으로 조절할 수 있어, 좌우뿐만 아니라 상하 방향으로도 전자파를 보낼 수 있게 해줌.

실용적 적용

레이다 시스템에서는 주변 환경을 정밀하게 감지하는 데 사용될 수 있음.
통신 분야에서는 데이터 전송의 방향성과 효율성을 크게 향상시킬 수 있음.

활용 방안 및 기대효과

다양한 분야에서의 기술 적용

이 혁신적인 빔포밍 기술은 5G, 향후 6G 이동통신, 자율주행차량, eVTOL 충돌 탐지 레이다 등 다양한 분야에 적용이 가능하며, 메타재질 평면렌즈를 활용해 전자파 신호의 방향을 정밀하게 조절함으로써 데이터 전송의 효율성을 증대시키고 자율주행차량의 환경 감지 능력을 향상시킬 수 있음.
제작 비용 및 운영 중 전력 소모를 크게 줄임으로써 통신 및 레이다 시스템의 경제성 및 환경 친화성을 향상시키는 데 기여함.

기술 발전에 따른 기대 효과

기존 빔포밍 기술의 한계를 극복하고 공간 활용도 및 제작 비용을 절감하며, 고비용, 전력 소모, 무게 증가 및 고급 자원 사용을 줄이면서도 효율적인 전자파 방향 조절을 가능하게 함.
통신과 레이다 시스템의 효율성과 경제성을 크게 향상시키며, 이동통신 및 자율주행차량 산업의 기술 발전에 기여할 것으로 기대됨.
이 기술의 발전과 적용은 전력 분배기의 손실 문제나 칩셋 능동 위상 천이기 배열 안테나의 문제를 해결하는 새로운 방안을 제시함.

기술 SWOT 분석

Strengths

경제성 및 간편성

복잡한 전자 장치 없이도 전자파의 방향을 조절할 수 있어 경제적이고 간단합니다.

정밀한 방향 조절

메타표면 렌즈를 통해 전자파의 방향을 매우 정밀하게 조절할 수 있습니다.

다방향 조절 가능

좌우뿐만 아니라 상하 방향으로도 전자파를 보낼 수 있게 해줍니다.

Weaknesses

기술적 복잡성

메타표면 렌즈의 설계와 제작 과정이 기술적으로 복잡할 수 있습니다.

장기 안정성 미확인

새로운 기술의 장기적인 안정성과 신뢰성이 아직 충분히 검증되지 않았습니다.

Opportunities

다양한 분야로의 확장

5G, 6G 이동통신, 자율주행차량, eVTOL 충돌 탐지 레이다 등 다양한 분야에 적용 가능합니다.

효율성 및 경제성 향상

제작 비용 및 운영 중 전력 소모를 크게 줄임으로써 통신 및 레이다 시스템의 경제성 및 환경 친화성을 향상시킬 수 있습니다.

Threats

기존 기술과의 경쟁

기존 빔포밍 기술과의 경쟁에서 시장을 확보해야 합니다.

기술적 장벽

메타표면 렌즈 기술의 복잡성과 신뢰성 문제가 시장 진입의 장벽이 될 수 있습니다.

Summary

Strengths

경제적이고 간단한 전자파 방향 조절, 정밀한 방향 조절 가능, 다방향 조절이 가능합니다.

Weaknesses

기술적 복잡성과 장기 안정성 미확인입니다.

Opportunities

다양한 분야로의 확장 가능성과 효율성 및 경제성 향상입니다.

Threats

기존 기술과의 경쟁과 기술적 장벽입니다.

대표도면

기술이전 담당자 연락처

담당자명: 이미정 계장
부서: 기술사업화팀
전화번호: 032-835-9766
이메일: mijung@inu.ac.kr
인천대학교 산학협력단
(21999) 인천광역시 연수구 갯벌로 27(송도동) INU이노베이션센터 202호
본 메일은 마케팅 활용 동의서에 동의하신 회원님께 전송된 것입니다.
인천대학교 산학협력단에서 발송되는 메일을 더 이상 받아보기 원하지 않으시면, [수신거부]를 클릭해주세요.
COPYRIGHT (c) 2023 Incheon National University. ALL RIGHT RESERVED.