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전기 광학 기술을 활용한 전자파 및 6G 통신용 전기장 프로브 및 시스템설계 제작 방법

세계 최초로 시작된 한국의 5G 서비스는 3.5 GHz 대역을 상용화했으나, 높은 품질에 대한 소비자들의 기대에는 미치지 못했습니다. 진정한 성능을 발휘할 28 GHz 대역은 경제성 문제로 기지국 확보에 어려움을 겪었기 때문입니다. 이러한 한계를 극복하고자 등장한 6G는 5G보다 진화된 안테나 기술을 활용해 더 넓은 커버리지와 다수의 사용자를 동시에 수용하는 것을 목표로 합니다. 현재 6G는 5G의 저대역과 28 GHz 사이의 어퍼 미드 밴드에서 운용될 예정이며, 이에 따라 기존과는 다른 차세대 측정 기술의 필요성이 대두되었습니다. 한국표준과학연구원(KRISS)은 기존 금속 기반 센서의 한계를 뛰어넘는 광·전자파 융합 방식의 안테나 측정 장비를 개발했습니다. 기존 금속 센서는 안테나와의 상호 간섭 현상으로 인해 초근접장에서의 정확한 측정이 어려웠으나, 이번 기술은 한 파장 이내의 초근접장부터 수십 파장의 원거리장까지 모든 영역을 정밀하게 측정할 수 있습니다. 좁쌀 크기의 초소형 유전체 센서를 활용해 금속 센서의 장점과 광학 센서의 고감도 특성을 동시에 확보하였으며, 이를 통해 값비싼 대형 시설 없이도 안테나의 성능을 정밀하게 실측하고 예측하는 것이 가능해졌습니다. 6G 통신에서는 수천 개의 안테나를 조합해 사용하므로 측정 시간 단축이 핵심 과제입니다. 연구진은 안테나 주변의 모든 영역을 스캔하는 대신 필요한 지점만 측정하여 전체 성능을 추정하는 획기적인 기술을 제시했습니다. 현재 6G 측정 장비 분야의 연구가 부족한 상황에서 이루어진 이번 국산화 성과는 기술 이전을 통해 본격적인 상용화 단계에 접어들었습니다. 이 기술은 이동통신을 넘어 EMP 방호 시설 평가와 반도체 선로 분석 등 기존 기술의 난제를 극복하고 정밀 측정 능력을 확장하는 새로운 솔루션으로 자리매김할 전망입니다.

한국표준과학연구원KRISS 사업화 유망 기술

융합
공학·기술

[KRISS 기술자랑] 제2편: 5G플러스팀을 소개합니다

대한민국은 전 세계가 주목하는 5G 통신 강국이지만, 이러한 화려한 기술력의 이면에는 측정의 정확성과 표준을 정립하기 위한 연구진의 숨은 노력이 자리 잡고 있습니다. 한국표준과학연구원(KRISS)의 5G플러스팀은 대한민국 언제 어디서나 최상의 통신 품질을 누릴 수 있도록 안테나의 성능을 정밀하게 평가하는 핵심 기술을 개발하는 데 주력하고 있습니다. 5G는 기존 세대의 기술보다 훨씬 복잡한 구조를 가지고 있어, 수천 명의 전문가가 각자의 분야에서 완벽을 기할 때 비로소 신뢰할 수 있는 네트워크가 완성됩니다. 이들은 기술적 토대를 마련함으로써 국가 경쟁력을 높이는 중추적인 역할을 수행합니다. 5G 통신의 핵심은 수많은 안테나가 효율적으로 협력하여 데이터를 전송하는 데 있습니다. 이를 검증하기 위해 연구팀은 기존의 전기적인 측정 방식을 넘어 광학 기술을 접목한 특화된 실험실을 운영합니다. 이곳에서는 레이저를 사용하여 전자파를 직접 측정하는 광학 기반 측정 기술이 활용됩니다. 특히 다수의 안테나가 마치 하나처럼 움직이는 고도화된 기술이 제대로 작동하는지 확인하는 것이 필수적입니다. 연구진은 정밀한 측정 장비를 통해 안테나 하나하나가 맡은 역할을 충실히 수행하고 있는지 면밀히 검토하며, 이는 곧 사용자들에게 전달되는 통신 품질의 직접적인 개선으로 이어지게 됩니다. 현재의 5G와 6G 기술을 넘어선 먼 미래의 통신 환경을 준비하는 연구도 활발히 진행 중입니다. 미래의 초고속 통신을 실현하기 위해서는 지금보다 훨씬 높은 주파수 대역인 테라헤르츠(THz) 영역의 전자파를 측정할 수 있어야 합니다. 이를 위해 연구팀은 루비듐 기체에 파란색과 빨간색 레이저를 쏘아 특수한 물리 현상을 일으키는 양자 기반 측정법을 도입하고 있습니다. 1테라헤르츠는 1기가헤르츠의 1,000배에 달하는 속도로, 기존 장비로는 한계가 뚜렷했던 영역입니다. 비록 아직은 도전적인 단계에 머물러 있지만, 이러한 원천 기술의 확보는 미래 대한민국의 통신 주권을 지키는 결정적인 열쇠가 될 것입니다. 개발된 안테나가 실제로 상용화되기 전에는 반드시 거쳐야 하는 엄격한 관문이 있습니다. 이 과정은 마치 사람이 정기적으로 건강검진을 받는 것과 유사합니다. 안테나의 건강 상태를 확인하기 위해 연구진은 전파 흡수체로 가득 찬 특수 실험실에서 열영상 카메라를 활용한 측정을 수행합니다. 안테나에서 방사되는 전자파의 패턴을 시각화하여 특정 부위에 이상이 없는지, 신호가 의도한 방향으로 정확히 전달되는지를 확인하는 것입니다. 이러한 교정 서비스를 통해 적합 판정을 받은 안테나만이 현장에 투입될 수 있으며, 이는 전파 간섭을 최소화하고 통신의 안정성을 보장하는 가장 중요한 품질 보증 절차라 할 수 있습니다. 상상이 현실이 되는 세상을 만들기 위해 5G플러스팀은 세계 최초이자 세계 최소형인 초소형 센서를 활용한 독보적인 측정 솔루션을 구축해 나가고 있습니다. 머리카락 굵기보다 얇은 초소형 센서로 근거리에서 정밀하게 측정하는 기술은 세계 어디에서도 찾아볼 수 없는 유일한 성과입니다. '5G 측정의 기준'이라는 자부심 아래 모인 연구원들은 오늘도 더 나은 내일을 위해 연구에 매진하고 있습니다. 이들의 노력은 단순한 기술 개발을 넘어, 국민들이 보다 편리하고 안전하게 첨단 통신 기술의 혜택을 누릴 수 있는 미래를 앞당기고 있습니다. 대한민국이 5G를 넘어 미래 통신 시장에서도 표준을 주도할 날이 머지않았습니다.

한국표준과학연구원KRISS 기술자랑

물리학
융합
공학·기술

[KRISS 인터뷰 뒷 이야기] 양자기술연구소 박희수 소장, 이상민 박사

양자 정보 기술의 핵심인 원격 전송 장치는 광자를 기본 단위로 활용하여 연산과 실험을 수행하는 정밀한 측정 장치입니다. 펌프 레이저를 통해 생성된 여섯 개의 광자는 양자 얽힘 상태를 형성하며, 이를 통해 정보를 분산하고 원격으로 전송하는 복잡한 과정을 거칩니다. 광학적 장치들은 광자가 가진 본래의 양자 상태와 방대한 정보를 고스란히 유지할 수 있도록 정교하게 설계되었습니다. 특히 외부 환경으로부터 오는 미세한 진동이나 방해를 최소화하기 위해 장치를 밀폐된 상태로 유지하며 시스템의 안정성을 확보하는 것이 이 실험의 가장 기초적이면서도 핵심적인 요소입니다. 실험에서 생성된 광자들은 복잡한 광학 측정 장비를 통과하여 총 20개의 광자 계수기로 나뉘어 전송됩니다. 각 계수기가 측정하는 광자의 데이터는 출력 단자를 통해 실시간으로 확인되며, 연구진은 이 결과값에 수학적인 수식을 대입하여 본래의 양자 상태를 재구성함으로써 실험을 성공적으로 마무리하게 됩니다. 이러한 측정 과정은 단순히 물리적인 데이터를 얻는 것을 넘어, 육안으로 확인할 수 없는 추상적인 양자 상태를 현실 세계에서 검증 가능한 정보로 변환하는 매우 중요한 단계입니다. 이 과정은 극도의 정밀함을 요구하기에 시스템 전체의 유기적인 연결과 운용 능력이 필수적입니다. 이번 연구를 통해 제안된 기술은 미래의 양자 컴퓨터와 양자 통신을 하나로 묶어주는 양자 네트워크의 새로운 패러다임을 제시하고 있습니다. 기존의 고전적인 전송 방식으로는 구현이 불가능했던 강력한 보안성을 실험적으로 완벽히 증명했다는 점에서 학술적, 기술적 의미가 매우 큽니다. 이는 세계적으로 치열하게 전개되고 있는 양자 기술 주도권 경쟁 속에서, 우리나라가 보유한 독자적인 노하우를 바탕으로 세계 최고 수준의 경쟁력을 갖추고 있음을 보여주는 사례입니다. 양자 네트워크의 상용화가 본격화되면 정보 유출이 원천적으로 차단되는 새로운 보안 시대가 열릴 것으로 기대하고 있습니다. 하지만 이러한 성과를 얻기까지의 연구 과정은 결코 순탄하지 않았습니다. 실험 도중 고가의 레이저 장비가 고장 나는 예상치 못한 난관에 부딪히기도 했고, 초기 설계보다 훨씬 더 복잡한 측정 시스템이 필요하다는 사실을 깨닫고 실험을 전면 재검토해야 했던 순간도 있었습니다. 특히 2010년경 이상민 박사가 합류하며 기존 연구의 허점을 발견하고, 당시 전 세계적으로도 시도된 적 없던 새로운 측정 방식의 필요성을 역설하며 연구는 중대한 전환점을 맞이했습니다. 광자 영역에서의 실험은 물리적인 한계와 싸우는 고통스러운 과정이었으나, 연구진은 포기하지 않고 실험의 매 순간에 심혈을 기울였습니다. 앞으로의 연구 방향은 실험실 수준의 성과를 넘어 실제 우리 삶에 적용할 수 있는 실용화 기술의 완성도를 높이는 데 집중될 예정입니다. 광자 생성의 효율성을 더욱 개선하고 광학 시스템을 구성하는 개별 요소들의 품질을 극대화하여 실제 환경에서의 작동 가능성을 증명하는 것이 다음 목표입니다. 단순히 남들이 이미 개척한 쉬운 길을 따라가기보다는, 비록 과정이 험난하고 매끄럽지 않더라도 오랜 시간 공을 들여 심혈을 기울여야 하는 가치 있는 연구에 계속해서 투자하고자 합니다. 이러한 도전 정신이야말로 우리나라가 미래 양자 정보 사회의 주도권을 확보하는 가장 확실한 동력이 될 것입니다.

한국표준과학연구원KRISS 연구자 인터뷰

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