Microwave Spatial Modulation (마이크로파 공간변조)



  • 마이크로파 공간변조는 공간상의 전자기파 분포를 원하는 형태로 제어하는 것으로, 예를 들어 특정 방향으로 마이크로파를 보내거나, 특정 위치에 집중시키는 것 등을 의미한다. 이를 활용하면 실내 무선전력전송, 빔 자유조향 안테나 구현, 마이크로파 이미징 등이 가능하며, 본 연구진은 관련된 실용적인 기술들을 개발 중이다.

    [마이크로파 공간변조를 활용한 예. Wifi 신호를 증폭 혹은 감소시키거나 IOT 센서 등에 전력을 공급. 사진에서와 같이 실제로 핸드폰에서 수신되는 Wifi 신호를 감지하는 앱을 제작하여 마이크로파 공간변조가 일어나는지 확인함.]
  • 다채널 마이크로파 공간변조기 : 본 연구진에서는 마이크로파의 크기와 위상제어를 위한 모듈을 설계/제작하고, 여러 개의 모듈을 활용하여 다채널 마이크로파 공간변조기를 제작하였다. 기본 유닛 모듈은 입력된 마이크로파의 위상을 변조할 수 있고 또한 증폭하여 출럭하는 것이 가능하다. 그리고 반대로 외부에서 수신된 마이크로파의 위상과 크기를 측정하는 것이 가능하여 레이다 및 이미징 관련 기술에 활용이 가능하다. 이러한 유닛 모듈들을 활용하여 16채널 마이크로파 공간변조기를 제작하여 마이크로파 응용 개발 연구에 활용 중이다.

    [마이크로파 공간변조를 통하여 특정 위치 (그림상 흰 X 표시 영역)에 마이크로파 에너지를 집중시키고 에너지 분포를 스캔한 결과. (좌) 본 연구진이 보유한 16채널 마이크로파 공간 변조기. (우)]
  • 가변형 메타표면 (Reconfigurable Metasurface) : 본 연구진은 또한 기존의 전자기파 위상제어 및 출력 방식이 아닌, 메타표면을 활용한 마이크로파 공간변조 연구를 위하여 전기신호로 각 채널이 제어 가능한 가변형 메타표면을 개발하였다. 제작된 메타표면은 ISM 밴드에서 작동하며, 100개 이상의 binary channel로 구성되어 있다. 이를 활용하여 전자기파의 집중 및 비밍을 실험으로 검증하고 관련 응용 연구들을 진행하고 있다.

    [본 연구진이 개발한 프로토 타입 가변형 메타표면과 이를 활용한 전자기파 송수신 신호 증폭. (좌) 프로토 타입에서 더 업그레이드한 가변형 메타표면. (우)]

  • 마이크로파 응용기술 개발 환경
  • Computer Aided Device Design : 본 연구진은 자체제작 고성능 컴퓨팅 시스템 (Linux base HPC)을 각종 응용소자 설계에 활용 중이다. CST Studio, COMSOL 등 상용 소프트웨어 외에 자체 구현한 FDTD, PSTD, Hybrid PSTD-FDTD 등 여러 알고리즘들을 다양한 상황의 전자기파 시뮬레이션 및 상호 교차 검증에 활용하고 있다.

    [전기신호로 제어 가능한 메타안테나 유닛 설계 시뮬레이션의 한 예]
  • 제작 및 성능 평가 : 설계된 마이크로파 응용소자를 제작 후 다양한 성능평가가 가능하도록 본 연구진은 벡터 네트워크 분석기, 기본 도파로 셑트, 각종 안테나 및 무반사실을 갖추고 있다.

    [네트워크 분석기, 무반사실 및 혼안테나, 도파로 및 실험 샘플, 근접장 측정 자체제작 안테나 및 샘플 (좌 상단부터 시계 방향으로)]

  • 관련 특허
  • 마이크로파 변조 송수신 모듈 및 이를 포함하는 다채널 마이크로파 변조 시스템 (국내 출원 번호 : 10-2018-0019930 / 출원 일자 : 2018. 2. 20.)
  • 메타표면을 이용한 마이크로파 공간변조 장치 (국내 출원 번호 : 10-2018-0046334 / 출원 일자 : 2018. 4. 20.)