요약
인천대학교 연구팀이 과학기술정보통신부의 지원을 받아 메타물질을 활용한 새로운 벽 통과 레이더 시스템을 개발하고 있습니다. 이 시스템은 고이득 패치 방사체와 표면 임피던스 등가형 메타물질을 결합하여 벽을 관통하는 강력한 전자파를 생성하며, 메타물질 표면을 이용해 전자파의 이득을 증가시키고 임피던스를 조정합니다. 이를 통해 벽 뒤의 금속 물체를 효과적으로 탐지할 수 있으며, 기존 기술의 한계를 극복한 더 컴팩트하고 민감한 레이더 시스템을 제공합니다. 이 기술은 법 집행, 군사 작전, 긴급 서비스 등 다양한 분야에 적용될 수 있으며, 비파괴적 방식으로 금속 물체 탐지의 정확도와 효율성을 향상시켜 시장 점유율 확대 및 산업 발전에 기여할 것으로 기대됩니다.
기본 정보
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특허명: 벽 투과 벽 접촉 레이다용 패치 방사원의 고이득화 및 표면 임피던스 등화기형 메타재질표면 장치
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대표 발명자: 강승택 교수
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출원번호: 10-2023-0099660
발명의 배경 및 필요성
기술 개발의 중요성
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벽을 통과하는 레이더 시스템은 법 집행, 군사 작전, 긴급 서비스 등 다양한 분야에서 중요한 역할을 하며, 특히 감시 및 수색 구조 작업에 필수적임
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초기에 군사용으로 개발된 이 시스템은 장애물 뒤에 숨은 객체를 탐지하는 데 사용되었으나, 기존 기술은 벽의 물리적 특성 때문에 신호 강도와 해상도에 한계를 가짐
기술 혁신의 필요성
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메타물질을 활용하여 자연에서는 발견되지 않는 특성을 가진 재료로 전자기파를 조작할 수 있어, 기존 대형이고 손상되기 쉬운 고이득 안테나보다 효율적이고 간편한 대안을 제공함
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이러한 기술 발전은 더 컴팩트하고 민감하며 다용도로 사용 가능한 레이더 시스템으로 이어져 보안, 안전, 구조 작업에 큰 영향을 미칠 것임
구현방법
기술 원리 및 구현
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고이득 패치 방사체와 표면 임피던스 등가형 메타물질을 결합하여 벽을 관통하는 강력한 전자파를 생성하는 시스템임
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메타물질 표면을 이용해 전자파의 이득을 증가시키고, 벽 접촉 시 임피던스를 조정하여 효율적인 벽 관통을 달성함
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저비용 마이크로스트립 패치 안테나와 메타물질로 제작된 평면 렌즈를 사용하여 전자파의 이득을 증가시키고, 적층된 금속 링 쌍의 크기와 개수 조절을 통해 전자파의 지연 시간과 임피던스를 결정함
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송신기와 수신기에 메타물질 평면 렌즈를 적용하여 벽 뒤의 금속 물체를 효과적으로 탐지함
기술의 장점
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메타물질 평면 렌즈를 통해 전자파의 지연을 교정하고 임피던스를 조정하여 벽 관통 레이더의 효율을 향상시킴
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메타물질 표면 렌즈와 결합된 마이크로스트립 패치 안테나는 낮은 S11 값을 가지며, 이로 인해 우수한 성능을 제공함
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벽과의 접촉에도 안정적인 신호 전달이 가능하고, 벽 뒤 금속 물체 탐지 능력이 뛰어남
발명의 활용 방안 및 기대효과
다양한 분야에서의 활용 가능성
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사무 공간뿐만 아니라 건축 내부의 숨겨진 금속 물체 탐지에 적용되는 새로운 레이더 기술임
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기존 레이더 시스템의 성능을 개선하거나 새로운 시스템 구축에 활용될 수 있음
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건물 안전 검사와 은폐된 사람 찾기 등 다양한 분야에 적용 가능함
향상된 탐지 기술의 기대효과
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비파괴적 방식으로 금속 물체 탐지의 정확도와 효율성을 향상시킴
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낮은 전력 소비로 강력한 전자기파 생성을 통해 효과적인 금속 탐지를 실현함
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안전, 보안, 건축 산업 등에서의 응용으로 시장 점유율 확대 및 산업 발전에 기여할 것으로 기대됨
기술 SWOT 분석
Strengths
메타물질을 활용한 효율적인 전자파 조작
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메타물질을 이용하여 전자파의 이득을 증가시키고 임피던스를 조정함으로써 벽을 관통하는 레이더의 효율을 향상시킵니다.
컴팩트한 시스템 구조
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고이득 안테나 대신 마이크로스트립 패치 안테나와 메타물질 평면 렌즈를 사용하여 더 작고 효율적인 시스템을 구현합니다.
우수한 성능의 안테나 설계
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낮은 S11 값을 가지는 마이크로스트립 패치 안투나를 통해 안정적인 신호 전달과 뛰어난 금속 물체 탐지 능력을 제공합니다.
Weaknesses
기술적 복잡성
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메타물질의 정밀한 설계와 제작이 필요하여 기술적 복잡성이 존재합니다.
특수 재료의 사용
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메타물질과 같은 특수 재료를 사용함으로써 제작 비용과 유지 보수에 어려움이 있을 수 있습니다.
Opportunities
다양한 분야로의 확장 가능성
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건축, 안전, 보안 등 다양한 산업 분야에 적용이 가능하여 시장 확대의 기회가 있습니다.
비파괴적 탐지 기술의 수요 증가
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비파괴적 방식으로 금속 물체 탐지의 정확도와 효율성을 향상시킬 수 있어, 기술 수요가 증가할 것으로 예상됩니다.
Threats
기존 레이더 시스템과의 경쟁
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기존에 널리 사용되고 있는 레이더 시스템과의 경쟁에서 기술적 우위를 확보해야 합니다.
기술 발전에 따른 대체 위험
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지속적인 기술 발전으로 인해 새로운 대체 기술이 등장할 수 있어 지속적인 혁신이 필요합니다.
Summary
Strengths
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메타물질을 활용한 효율적인 전자파 조작과 컴팩트한 시스템 구조로 우수한 성능을 제공합니다.
Weaknesses
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기술적 복잡성과 특수 재료 사용으로 인한 제작 및 유지 보수의 어려움이 있습니다.
Opportunities
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다양한 산업 분야로의 확장 가능성과 비파괴적 탐지 기술에 대한 수요 증가가 기대됩니다.
Threats
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기존 레이더 시스템과의 경쟁과 지속적인 기술 발전에 따른 대체 위험이 존재합니다.
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