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"5G 신호 이용해 21배 더 효율적으로"··· 신개념 무선 전력 안테나 등장

2021.04.02 Jon Gold  |  Network World
조지아공대의 연구진이 5G 밀리미터파 신호를 가용 전력으로 전환할 수 있는 안테나를 개발했다.

연구진은 3D 프린터로 제작된 안테나를 통해 고주파 5G 신호를 무선 전력으로 전환할 수 있다고 전했다. 저전력 IoT 기기에 배터리가 필요 없어질 수도 있다는 설명이다. 

밀리미터파 수집기라 불리는 이 안테나의 크기는 대략 트럼프 카드만하며, 위에는 전기회로망이 인쇄돼 있다. 이 안테나는 로트만 렌즈(Rotmam lens)라 불리는 기술을 도파관(waveguide)으로 사용해 여러 5G 밀리미터파를 한 곳에 응집시킨다. 
ⓒGeorgia Tech

이 기술은 과거 위상 배열 레이더 시스템에 주로 사용됐다. 이 기술을 이용하면 안테나 시스템의 레이더 조사 각도와 상관 없이 표적을 볼 수 있다. 이 기술은 1960년대에 미 공군과 MIT 연구원인 월터 로트먼에 의해 발명됐다. 

조지아공대의 전기컴퓨터공학대학 부설 ATHENA 연구실의 수석 연구원인 앨린 에이드는 "과거에도 24 혹은 35 GHz의 고주파를 대상으로 에너지 하베스팅을 하려는 시도가 이뤄진 바 있다"라고 말했다. 이전의 방식에는 단점이 있었다. 렌즈의 위치가 트랜스미터를 똑바로 향했을 때만 (에너지 하베스팅이) 가능했다. 만약 렌즈로부터 전력을 공급받고 있던 기기가 움직이면 렌즈의 위치를 똑바로 잡기가 어려웠고 (결국) 이러한 접근법은 사용되지 않게 됐다. 

5G 밀리미터파 신호는 이전 세대의 허가받은 무선 기술보다 에너지 밀도가 더 높아 에너지 하베스팅에 훨씬 적합하다. 

조지아공대 연구진이 설계한 렌즈는 6개의 시야를 동시에 갖춘 광학 렌즈처럼 작동한다. 빔 포트와 기기의 안테나 측면에 있는 곡률의 각도가 서로 다른 덕분이다. 이를 통해 각기 다른 5G 신호를 동시에 매핑하여 렌즈와 전원 정류기로 모은 다음 수집된 신호를 가용한 전기 에너지로 변환할 수 있다. 그 결과, 이 시스템은 비-로트만 기반 시스템보다 21배 많은 전력을 생산할 수 있다. 전력 생산 과정도 비교적 간단해진다. 

조지아공대 전기컴퓨터공학대학의 마노스 텐체리스 교수는 향후 5G가 보편화된다는 것은 로트만 렌즈 기반 기술이 굉장히 많은 IoT 장치에 동력을 공급할 수 있다는 것을 의미한다고 말했다. 

그는 "5G가 각처에 보급되고 있는 것이 사실이다. 도심 지역에는 특히 그렇다”라고 말했다. 안테나를 이용하면 방전되고 교체가 필요한 배터리를 IoT 기기에 탑재하는 비용을 많이 절약할 수 있다. 이어 그는 "특히 스마트시티와 스마트 농업 애플리케이션에 필요한 무선 센서의 배터리 수백만 개 혹은 수천만 개를 교체할 수 있다”라고 말했다. 

하지만 이 시스템에 단점이 없는 것은 아니다. 우선, (이 시스템은) 아직 실험 단계에 머물러 있으며, 언제 상용화될지 추정조차 어려운 단계다. 또 (에너지 하베스팅이 가능한 거리가) 짧다. 실험은 3미터 미만의 거리에서 이뤄졌다. 이론적으로 최대 16미터까지 가능하다.

그럼에도 불구하고, 빠르게 성장 중인 IoT가 지닌 잠재력은 아무리 강조해도 지나치지 않다. 스테이티스타는 2025년까지 북미에서만 54억대의 IoT 기기가 사용될 것으로 전망하고 있다. 조지아공대가 개발한 시스템의 유효 거리가 더욱 늘어난다면, 5G 신호를 통해 기기의 대부분에 전력을 공급할 수 있을 것이다. ciokr@idg.co.kr
 
 
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