이범선 교수

배터리 용량의 한계를 극복하고 지속적인 전원 공급이 가능한 무선전력전송 기술을 연구하고 있으며, 유도 결합 공진 방식에 수신기 부하 변화 기능을 추가하여 전력과 정보를 동시에 전송하는 WPIT(Wireless Power and Information Transfer) 시스템을 핵심 기술로 다루고 있습니다. 이를 위해 고 Q-factor 코일을 설계하고 자기 결합 코일의 등가 회로 모델링을 수행하며, 송수신 거리와 부하 변화에 따라 임피던스를 실시간으로 맞추는 동적 임피던스 정합 기법을 적용하여 전력과 정보를 하나의 채널로 안정적으로 전송하는 구조를 구현했습니다. 이러한 기술은 휴대기기 및 전기차의 무선 충전, 심박 조율기와 같은 이식형 의료기기의 무선 전원 공급, 스마트홈 및 IoT 디바이스의 배터리리스 동작 등에 적용되고 있습니다. 고 Q-factor 코일을 이용해 장거리 작동과 높은 전송 효율을 동시에 달성했으며, 2016년부터 정부 지원 지능형 무선전력전송 연구센터(IWPRC)를 운영하면서 관련 특허를 지속적으로 등록해 왔습니다.

자연계에는 존재하지 않는 음의 유전율 및 투자율과 같은 전자기적 특성을 갖는 메타물질을 안테나에 적용하여 초광대역 특성과 소형화를 동시에 구현하는 연구를 수행하고 있습니다. 핵심 기술로는 2.27GHz 대역에서 동작하며 0.09λ 크기의 초소형 구조를 갖는 영차 공진 안테나를 설계했으며, 방사 패턴을 원하는 형태로 형성하고 빔을 전환할 수 있는 메타물질 안테나 어레이를 개발했습니다. 이러한 소형 고성능 안테나 기술은 5G/6G 통신 시스템의 고이득 소형 안테나, RFID 태그, MIMO 시스템에서 인접 소자 간 상호 결합을 억제하는 용도로 적용되고 있습니다. 0.09λ의 매우 좁은 소자 간격에서도 27.6dB에 이르는 높은 격리도를 달성했으며, 시뮬레이션 결과와 실제 측정 데이터를 통해 제안한 구조의 실효성을 검증했습니다.

여러 개의 안테나 소자를 배열하여 좁은 빔폭과 높은 이득을 얻고, 신호가 방사되는 방향을 제어하는 배열 안테나 및 빔조향 기술을 연구하고 있습니다. BC-SRR 구조를 적용한 Vivaldi 타입 위상 배열 안테나를 설계하고, PLL을 기반으로 신호가 도래한 방향으로 자동으로 재송신하는 레트로디렉티브 배열 안테나(RDA)를 개발했습니다. 이 기술들은 5G/6G 통신, Ku/Ka 대역을 사용하는 저궤도 위성 통신, 차량용 레이더, AESA 레이더 및 우주 감시 레이더 등 다양한 시스템에 적용되고 있습니다. Vivaldi 타입 위상 배열 안테나에서는 소자 간 격리도를 6dB 향상시켜 최대 23dB를 달성했으며, ±53° 범위 내에서 빔을 스캔할 수 있는 가능성을 시뮬레이션과 실제 측정을 통해 확인했습니다.