새롭고 저렴하며 쉽게 제조되는 장치는 향상된 위성 통신, 고속 데이터 전송 및 원격 감지로 이어질 수 있다고 과학자들은 말합니다.

글래스고 대학교(University of Glasgow) 연구진이 이끄는 엔지니어 팀이 메타물질의 고유한 특성을 활용하여 조작하고 변환하는 초박형 2D 표면을 개발했습니다.전파위성이 가장 일반적으로 사용하는 주파수에 걸쳐.

메타물질은 자연적으로 발생하는 물질에는 존재하지 않는 특성을 부여하기 위해 세심하게 설계된 구조입니다.

오늘 새로운 기술로 공개된 팀의 메타물질종이저널에 게재됨통신공학, 차세대 6G 위성이 더 많은 데이터를 전송하고 원격 감지 기능을 개선하며 향상된 신호 품질의 이점을 누릴 수 있도록 할 수 있습니다.

현재 통신 안테나는 수직 또는 수평 방향으로 전자파를 전송하고 수신하도록 설계되었습니다. 이는 선형 편파라고 하는 특성입니다.

송신 안테나와 수신 안테나 간의 정렬이 잘못되면 신호 품질이 저하되어 효율성이 저하될 수 있습니다.또한 신호를 왜곡할 수 있는 빗물 퇴색 및 전리층 간섭과 같은 대기 영향에 취약합니다.

팀의 획기적인 2D 메타물질은 선형 편파 전자기파를 원형 편파로 변환하여 위성과 지상국 간의 통신 품질을 향상시킬 수 있습니다.원형 편파를 사용한 위성 통신은 향상된 신뢰성과 성능을 제공하여 편파 불일치 및 다중 경로 간섭으로 인한 신호 저하를 최소화합니다.

원형 편광은 빗물 퇴색 및 전리층 교란과 같은 대기 영향에 대한 저항력이 뛰어나 안정적인 연결을 보장합니다.특히 유익합니다.모바일 애플리케이션, 정밀한 안테나 정렬이 필요하지 않기 때문입니다.

또한 오른쪽 및 왼쪽 원형 편파를 모두 사용하여 채널 용량을 두 배로 늘립니다.이러한 유연성은 소형 위성용 안테나 설계를 단순화하는 동시에 성능을 향상시킵니다.위성까다로운 환경에서 강력한 통신 링크를 추적하고 제공하므로 현대 위성 시스템에 이상적입니다.두께가 0.64mm에 불과한 팀의 메타물질은 고주파 통신에 일반적으로 사용되는 상용 회로 기판 위에 놓인 기하학적 패턴의 구리로 된 작은 셀로 만들어집니다.

메타물질의 표면은 전자기파의 정교한 반사와 재분극이 가능하도록 설계되었습니다.

실험실 테스트에서 2D 메타물질 표면은 혼 안테나의 신호에 의해 조명되었고 반사된 전자기파는 네트워크 분석기를 사용하여 캡처되었습니다. 이를 통해 팀은 선형 및 원형 편광 간 장치의 변환 효과를 측정할 수 있었습니다.실험 결과는 편광을 원형 편광으로 변환하는 시뮬레이션 측정과 실험 측정 사이에 밀접한 유사성을 보여주었습니다.

또한 테스트에서는 무선 신호가 최대 45도 각도로 표면을 스쳐 지나갈 때에도 표면이 고성능을 유지할 수 있는 것으로 나타났습니다. 이는 자동차의 주요 고려 사항입니다.우주 응용, 위성과 표면 사이의 완벽한 정렬이 일시적일 수 있습니다.

글래스고 대학교 제임스 와트 공과대학(James Watt School of Engineering)의 Qammer H. Abbasi 교수는 이 논문의 수석이자 교신저자입니다.그는 "메타물질의 이전 개발은 소형 폼팩터를 가진 장치에서 전자기파를 조작할 수 있는 새로운 방법을 제공했습니다. 그러나 이는 주로 좁은 스펙트럼 대역으로 제한되어 지금까지 실제 적용이 제한되었습니다."라고 말했습니다.

"우리가 개발한 메타물질 표면은 12GHz에서 40Ghz에 이르는 Ku-, K-, Ka-대역의 광범위한 주파수에서 작동하며 일반적으로 위성 응용 분야 및원격 감지.

"선형에서 원형 편파까지의 복잡한 작업을 수행할 수 있는 이러한 종류의 2D 메타물질 표면을 사용하면 안테나가 까다로운 조건에서도 더 효과적으로 서로 통신할 수 있습니다.

"이것은 위성이 휴대폰에 더 나은 신호를 제공하고 데이터 전송을 위한 보다 안정적인 연결을 제공하는 데 도움이 될 수 있습니다. 또한 위성의 지구 표면 스캔 능력을 향상시켜 기후 변화의 영향에 대한 이해를 향상시키거나 야생 동물 이동을 추적하는 능력을 향상시킬 수 있습니다.."

Humayun Zubair Khan 박사는 메타물질 표면 개발 과정에서 Glasgow 대학교 James Watt 공과대학의 객원 박사후 연구원이었습니다.현재 그는 파키스탄 국립과학기술대학교에서 이 논문의 첫 번째 저자입니다.그는 "이것은 이전에 개발된 기술보다 훨씬 뛰어난 성능을 보이는 흥미로운 개발입니다."라고 말했습니다.

"단일 장비로 전자파를 조작하고 변환할 수 있다는 것은 통신 부문 전반에 걸쳐 다양한 새로운 잠재적 응용 분야를 열어 주지만 특히 발사체 탑재량을 줄이는 데 도움이 되는 가볍고 컴팩트한 재료가 중요한 우주 산업에서 더욱 그렇습니다."

Muhammad Imran 교수는 University of Glasgow의 통신, 감지 및 이미징 허브를 이끌고 있으며 논문의 공동 저자입니다.그는 “우리가 개발한 메타표면의 가장 흥미로운 점 중 하나는 기존의 인쇄회로기판 제조 기술을 사용해 쉽게 대량 생산이 가능하다는 점이다.

"즉, 쉽고 저렴하게 제작할 수 있으며, 이는 위성용 탑재 장비의 귀중한 부분으로 앞으로 수년 내에 널리 채택되는 데 도움이 될 수 있습니다."