미개척 주파수 대역의 새로운 정보를 밝혀 과학기술 경쟁력 제고
미개척 주파수 대역의 새로운 정보를 밝혀 과학기술 경쟁력 제고
  • 김남근 기자
  • 승인 2014.11.20 15:44
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[이슈메이커=김남근 기자]
[Leading Researcher] 고려대학교 전기전자공학부 이재성 교수


미개척 주파수 대역의 새로운 정보를 밝혀 과학기술 경쟁력 제고

‘기업은 제품을 생산하지만, 대학은 지식을 생산한다’




테라헤르츠(THz) 기술은 첨단기술의 발전에 힘입어 미지의 전파자원에서 미래의 전파자원으로 인정되며 세계적으로 주목을 받고 있다. 더불어 IT, BT 등과의 융합을 통한 다양한 응용분야에서도 그 중요성을 더해가고 있으며, 최근 광기술과 나노기술의 발전에 힘입어 더욱 많은 분야에 적용되고 있어 융합을 위한 테라헤르츠 기술의 연구가 가속되고 있다. 현재 일본, 미국, 독일 등에서 이에 대한 응용연구가 활발하게 수행되고 있으며, 국내 대학과 연구기관 역시 국제적 경쟁력이 있는 테라헤르츠 기술에 관련된 연구가 진행되고 있다.




초소형·저비용·저전력으로 구현 가능한 이미징 시스템 개발

  수백 GHz에서 수십 THz 에 이르는 주파수 대역을 흔히 테라헤르츠 (terahertz = THz = 1000GHz) 대역이라고 지칭한다. 그동안 테라헤르츠 영역은 마이크로파와 광파 사이에 위치한 주파수 대역으로서 상대적으로 개발이 미진했던 분야였다. 그러나 최근 학계는 그 잠재적 응용성에 주목하여 이 대역에 대한 연구가 활발하게 진행되고 있다. 그 중 특히, 테라헤르츠 대역을 이용한 이미징 기술에 대한 관심이 급격히 증가하여 국내외적으로 이에 대한 활발한 논의 및 연구가 진행되고 있으며, 근래에 들어서는 3차원 토모그래피 이미징 기술(3D tomography imaging system)도 주목을 받기 시작했다. 그러나 아직은 이들 대부분의 연구가 채택하고 있는 광학 소자에 기반을 둔 기술은 부피가 크고 고비용이 소요된다는 단점이 있어 이를 극복할 수 있는 연구·개발이 시급한 실정이다.

  이에 고려대학교 전기전자공학부의 이재성 교수는 이러한 단점을 해결하고자 반도체 전자 소자 기술을 바탕으로 초소형·저비용·저전력으로 구현 가능한 이미징 시스템을 개발하고 이를 3차원 토모그래피 이미지 기술에 적용하기 위한 연구를 활발히 진행하고 있다. 특히 테라헤르츠 대역을 활용한 영상회로 및 시스템 개발에 주력하고 있다.

  테라헤르츠 대역의 전파, 즉 테라헤르츠파는 기존의 가시광선이 통과하지 못하는 종이나 옷감, 가죽, 플라스틱 등의 물질을 쉽게 통과하는 특성을 가지고 있다. 따라서 이를 영상 시스템에 적용하게 되면, 일반적인 가시광선 기반 영상이 제공하지 못하는, 옷이나 가방 속에 감추어진 물체, 종이나 플라스틱 포장 내부의 물체 등에 대한 영상·이미지를 제공할 수 있다. 물론, x-ray 역시 같은 용도에 활용되지만, 테라헤르츠파는 x-ray와는 달리 인체에 무해하다는 큰 장점을 가지고 있다. 또한, 테라헤르츠파는 수분을 포함한 물질에 대해 흡수율이 높은 특성을 지니고 있어 수분이 포함된 영역이 타 영역에 비해 큰 대비를 보이는 특성을 일반적으로 보이게 된다. 이러한 특성을 활용해 의료 진단을 포함한 여러 영역에 크게 활용될 수 있는 잠재력을 지니고 있다. 이 교수는 이러한 특·장점을 활용해 테라헤르츠파 기반 영상 구현을 위한 반도체 회로 및 시스템 설계를 수행하고 있으며, 일반 2차원 영상에서 더 나아가 3차원적 영상을 구성할 수 있는 토모그래피의 구현을 목표로 연구에 매진하고 있다.

  이재성 교수는 “이번 연구를 통해 개발될 시스템은 이미징 시스템뿐만 아니라 전파검출 시스템이 요구되는 다양한 응용에 널리 적용될 것으로 기대됩니다”라며 “이와 관련된 국내 기술의 확보를 통해 국가의 기술 경쟁력을 높이는데 이바지할 수 있을 것으로 기대합니다”라며 연구에 대한 자부심을 내비쳤다.


▲초고속 직접 시스템 연구실 구성원 [윤대근, 윤종원, 김동현, 김남형, 송기룡, 김정수(박사과정), 정승윤, 조영아 (석사과정)]


국가의 과학기술 수준이 나라의 경쟁력을 높인다

  지난 10여 년간 높은 주파수 대역의 회로 및 시스템에 대한 연구를 꾸준히 수행해온 이재성 교수는 응용 주파수 대역을 높이는 방향의 연구를 진행해오고 있다. 이 교수는 연구 초기, 60GHz 회로 및 시스템에 대한 연구부터 2000년대 후반, 테라헤르츠 회로 및 시스템에 대한 연구를 본격적으로 수행해오며 ‘초고속 직접 시스템 연구실’을 이끌고 있다. 연구실은 2004년 개설 이래, 2명의 박사와 9명의 석사를 배출하였고, 현재 박사과정 6명, 석사과정 2명으로 구성되어 있다. 국내 최고수준의 전자소자 기반 테라헤르츠 연구 환경을 조성해 수준 높은 연구를 진행하고 있는 연구실은, 동일 학부 내 유사 분야 연구실(김문일 교수, 전상근 교수)과 함께 공동 실험실을 구축하여 연구에 매진하고 있다.

  연구실은 테라헤르츠 대역을 활용한 영상회로 및 시스템 개발 외에도 이를 활용한 통신 회로 및 시스템의 개발을 위한 연구를 진행 중이다. 이 교수는 무선통신에서의 전송속도는 사용하는 주파수가 높아지면 더 커진다는 특성을 이용해 수십 Gbps(Giga bit per second = 초당 10억 비트)의 전송속도를 가지는 테라헤르츠 통신 시스템을 구현하기 위한 반도체 회로 및 시스템 개발에 대한 연구를 수행하고 있다.

  이 교수는 “현재 연구실을 통해 진행 중인 이러한 연구들은 지금까지 개척되지 않았고 잘 알려지지 않았던 주파수 대역의 특성에 대한 새로운 정보를 실험적 방법으로 찾아낸다는 데 의미를 둘 수 있습니다”라며 “실용적인 관점에서는 널리 사용되지 않았던 주파수 대역을 유용하게 활용한다는 의미에서 일종의 자원 개발의 의미도 지닌다고 볼 수 있겠습니다”라고 힘주어 말했다.

  ‘기업은 제품을 생산하지만, 대학은 지식을 생산한다.’ 과거 이 교수의 지도 교수가 그에게 전한 말이다. 많은 학문 중 실용적인 면이 중요시되는 공학 분야는 기업의 연구와 대학의 연구가 내용상으로 구별하기 어려운 경우도 발생한다. 이에 이 교수는 대학 연구의 역할을 보다 분명하게 규정하기 위해 연구자가 지향해야 할 방향 설정이 중요하다고 목소리를 높인다. 

  국가의 지속적인 경쟁력은 그 나라의 과학기술 수준에서 비롯된다고 주장하는 이재성 교수. 그의 이러한 주장에 힘을 실을 수 있도록 앞으로 젊은 세대의 수많은 우수한 인재들이 과학의 길을 택하고, 그들이 인정받고 연구에 매진할 수 있는 연구 환경이 사회와 정부로부터 조성되기를 바란다.



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