초록 ▼

□ 연구개요
본 연구과제는 비등방 가변 물질인 액정(Liquid Crystal)의 Tensor 복소 특성을 측정하고 이것을 증명하여, 위상변화 현상을 사용한 밀리미터파 대역(Ka 대역)의 빔형성(빔포밍) 배열 안테나에 대한 원천 기술 개발 연구를 수행한다. 기존의 빔형성 기술은 안테나 뒷단의 위상변위소자가 위치함으로서 시스템의 복잡도와 부피의 증가, 이득열화 및 위상 불안정성이 발생하게 되어 심각한 문제를 야기하고 있기 때문에, 이를 극복할 기술의 필요성이 대두되고 있다. 액정을 이용하면 복잡한 시스템 소자수와 부피를 획기적으

□ 연구개요
본 연구과제는 비등방 가변 물질인 액정(Liquid Crystal)의 Tensor 복소 특성을 측정하고 이것을 증명하여, 위상변화 현상을 사용한 밀리미터파 대역(Ka 대역)의 빔형성(빔포밍) 배열 안테나에 대한 원천 기술 개발 연구를 수행한다. 기존의 빔형성 기술은 안테나 뒷단의 위상변위소자가 위치함으로서 시스템의 복잡도와 부피의 증가, 이득열화 및 위상 불안정성이 발생하게 되어 심각한 문제를 야기하고 있기 때문에, 이를 극복할 기술의 필요성이 대두되고 있다. 액정을 이용하면 복잡한 시스템 소자수와 부피를 획기적으로 줄이고 전자적 빔 형성이 가능하다. 이러한 아이디어에 본 연구단의 제반 기술을 바탕으로, 안테나 단에서의 액정 위상변화를 통한 새로운 형태의 빔포밍 배열 안테나 기술을 제안한다. 동시에 세계 최고의 이동통신 기술력을 확보하기 위한 핵심 및 선도 기술을 개발한다.

□ 연구 목표대비 연구결과
밀리미터파 대역(Ka 대역)에서 액정의 가변적인 물질 특성 변화를 활용하여 고정밀/고이득 빔포밍 배열 안테나 및 시스템 개발을 목적으로 3년도 연구 계획을 수립하였다. 이에 최종 목표 달성을 위하여 1)비등방 가변성 물질의 복소 특성 분석, 2)이를 활용한 안테나 설계, 3)배열 구조 적용으로 빔 방향 제어 및 고이득화 등의 단계적인 점진적 기술 개발을 진행한다.
본 연구단은 해당 목표를 달성하기 위해 우선, 마이크로파 대역에서 정밀한 복소 유전 특성을 측정하기 위한 물질 측정법을 개발하고 적용하였다. 또한 전기장에 인가 여부에 따른 유효유전율을 측정하고 액정 물질의 유전율 텐서 성분을 수학적으로 계산하였다. 해당 물질 측정 라이브러리로부터, 액정을 주입하여 전기적 위상 가변 특성을 이용할 수 있도록 상하단에 전기장 인가 가능한 cavity가 포함된 안테나 구조를 설계하였다. 액정의 위상 가변 특성을 최대화하여 안테나 특성 가변성을 크게 이끌어내기 위해 기판 배향법, 방사부 슬롯 적용 등의 기법을 연구하였다. Ka 대역에서 액정을 이용한 안테나 특성을 VNA로 측정하여 밀리미터파 대역의 위상 가변 비등방 물질의 활용성을 검증하였다.

□ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성)
본 연구를 통해 개발한 비등방 가변 물질을 적용한 밀리미터파 대역 빔포밍 배열 안테나 기술을 활용하여 아직 확립되지 않은 차세대 이동통신 안테나 신기술과 국가 공공 통신/국방 탐지활용의 밀리미터파대역 차세대 안테나기술을 확보함으로써 세계 선도적 기술 보유 및 국가 경쟁력 확보를 도모한다. 또한, 현재 국내에서는 선진기관과 같은 빔포밍 안테나 및 밀리미터파 대역의 안테나기술 활용 연구센터가 부재함으로 구심점이 미약하나, 본 연구단에서 해결점을 제시한다. 5G 이동통신용 뿐만 아니라, 4차 산업 혁명의 IoT 사물인터넷 및 무선전력전송에 필수적인 빔 형성 안테나의 고효율화, 고집적화, 양산화를 가능하게 하여 고효율 빔포밍 안테나 모듈의 대중화 양산화에 기여할 수 있다. 또한, 밀리미터파 대역을 사용하는 Synthetic Aperture Radar(SAR) 및 통신 위성, 탐지 레이더 분야에 필수적인 안테나 설계를 가능하게 하여 고효율 밀리미터파 대역 빔 형성 안테나 모듈의 대중화 보급 및 선진 기술 확보를 가능하게 한다. 4차 산업을 이루기 위한 핵심 기술로 고효율의 빔포밍 기술이 필요함을 고려하면 본 연구에서 제안한 빔포밍 배열 안테나 시스템 개발을 통해 무선전력전송 및 사물인터넷 구현등 응용범위가 매우 넓음으로 그 파급효과는 매우 클것으로 기대한다. 무선 통신 시장을 주름잡고 있는 대한민국이 밀리미터파 핵심 연구들을 지속적으로 수행하여 차세대 통신 기술들을 선도할 수 있다. 나아가 그 이후의 밀리미터파 대역의 기술시장에서도 국내 기술이 선도적 핵심 기술로 시장을 선점할 것으로 기대된다.

(출처 : 연구결과 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• 2. 연구개발과제의 수행 과정 및 수행 내용 ... 4
• 1) 1차년도 ... 4
• 2) 2차년도 ... 7
• 3) 3차년도 ... 10
• 3. 연구개발과제의 수행 결과 및 목표 달성 수준 ... 14
• 1) 정성적 연구개발성과(연구개발결과) ... 14
• 2) 세부 정량적 연구개발성과 ... 15
• 3) 목표 달성 수준 ... 15
• 4) 목표 미달 시 원인 분석 ... 17
• 4. 연구개발성과의 관련 분야에 대한 기여 정도(연구개발결과의 중요성) ... 18
• 5. 연구개발성과의 관리 및 활용 계획 ... 18
• 6. 참고문헌 ... 19
• 붙임1. 세부 정량적 연구개발성과 ... 20
• 붙임2. 연구책임자 대표적 연구실적 및 증빙(요약문 및 사본) ... 25
• 끝페이지 ... 36