숭실대 전자정보공학부 공동 연구팀, 단층 메타표면 기반 밀리미터 대역 전자기 집속 렌즈 개발
숭실대 전자정보공학부 공동 연구팀, 단층 메타표면 기반 밀리미터 대역 전자기 집속 렌즈 개발
  • 황혜원 기자
  • 승인 2021.08.02 17:36
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1mm 미만 두께 단층 형태의 메타표면 이용
이호진 교수, “다양한 밀리미터파 제거 기술 전반에 응용 가능”
전자기 집속 메타표면 렌즈의 모식도, 실제 제작 사진과 x- y- 축에 따른 전자기파 집속 특성. 자료=숭실대 제공
전자기 집속 메타표면 렌즈의 모식도, 실제 제작 사진과 x- y- 축에 따른 전자기파 집속 특성 그래프. 자료=숭실대 제공

[대학저널 황혜원 기자] 숭실대학교(총장 장범식)는 IT대학 전자정보공학부 공동 연구팀이 밀리미터파 전자기 집속이 가능한 메타렌즈를 개발했다고 2일 밝혔다.

숭실대에 따르면 전자정보공학부 이호진 교수(교신저자)와 이원우 박사 과정 학생(제1저자), 박창근 교수 연구팀, 홍순기 교수 연구팀이 개발한 메타렌즈는 1mm 미만의 두께를 갖는 단층 형태의 메타표면을 이용해 밀리미터파 전자기 집속이 가능하다는 것을 입증했다. 또한 수직 입사 뿐만 아니라 다양한 입사각의 입사파에 대해서도 우수한 전자기 집속 능력을 가진다는 것도 증명했다. 

메타표면은 2차원 형태의 메타물질로 전자기파의 위상과 진폭, 편광 등을 제어할 수 있는 우수한 광학적 특성을 지녀 새로운 광학 소자 설계 기술로 각광 받는 연구 분야다. 하지만 현재 메타표면을 이용한 렌즈 설계 기술 연구는 대부분 가시광선 대역에서 연구 결과들이 많아 밀리미터 대역에서 주로 사용하는 안테나 또는 통신 등의 기술에 응용하기에 한계가 있었다.

이에 공동 연구팀은 35~40GHz 범위의 광대역 동작에도 전자기 집속 능력을 유지하는 우수한 광학적 특성을 실험적으로 구현했으며, 중심 동작 주파수인 38GHz 대역에서는 편광 방향에 독립적인 전자기 집속 능력을 구현함으로써 밀리미터 대역에서 동작하는 새로운 메타표면 렌즈 설계 기술을 개발했다. 

제안된 메타표면 렌즈는 입사각으로부터 자유로운 특성을 가지도록 설계됐다. 입사하는 전자기파의 입사각이 -30°에서 30° 정도로 기울어져도 전자기가 집속되는 초점의 위치가 거의 변하지 않는다. 

이 교수는 “이번에 제안된 밀리미터 대역 메타표면 렌즈 설계 기술은 광대역 동작 특성과 광각의 전자기 집속 기술 구현이 가능하기 때문에 고이득 안테나와 위상 천이 기술 등 다양한 밀리미터파 제거 기술 전반에 광범위한 응용이 가능할 것으로 예상된다”고 밝혔다. 

한편 이번 연구  미국해군연구소와 한국연구재단의 지원으로 수행됐으며, 공동 연구팀의 논문 ‘입사각으로부터 자유로운 단층 메타표면 기반의 밀리미터 대역 전자기 집속 렌즈’는 세계적인 학술지인 네이처 자매지 사이언티픽 리포트 최신호에 게재됐다.
 


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