울산과학기술원(UNIST)과 단국대학교 공동 연구팀이 유연하면서도 뜨거운 열을 견딜 수 있는 고성능 유연 무선통신(RF) 스위치를 개발했다. 고온, 휨, 충격 등 가혹한 환경에서 웨어러블 기기, 자율주행차 등에 안정적인 5G·6G 통신을 제공할 수 있다.
개발 주역은 김명수 UNIST 전기전자공학과 교수팀와 김민주 단국대 교수팀이다.
RF 스위치는 신호 간섭을 막고 전력을 효율적으로 배분하는 통신 부품이다. 기존 상용 RF 스위치는 무기 재료로 만들어 딱딱하고 깨지기 쉽다. 기기의 고정 공간에 배치해 '폴더블' 제품은 만들 수 있지만 돌돌 말리거나 입을 수 있는 수준의 기기에는 적용하기 어렵다.
또 일반적인 유기 고분자 RF 소자는 유연하지만 열에 약하고 무기물 RF 소자보다 통신 성능이 떨어진다. 5G·6G 대역에서 통신 성능 저하가 심하다.
공동 연구팀은 얇고 유연하며 3차원 그물망 구조로 열에도 강한 특수 고분자 소재 'pV3D3'를 이용해 '내열성 고분자 기반 유연 RF 스위치'를 만들어 이 같은 결점을 극복했다.
개발 RF 스위치는 유연성과 내열성이 동시에 갖췄고 무기물 RF 스위치와 맞먹는 통신 성능을 지녔다.
내열 테스트 결과 128.7℃ 고온 환경에서 10년 이상 데이터를 유지하는 수준의 안정성을 나타냈다.
통신 테스트에서는 5G와 6G 통신의 주요 주파수 대역인 밀리미터파(mmWave) 대역을 포함해 최대 5.38테라헤르츠(THz)까지 안정적으로 신호를 전달하고 차단했다. '5.38테라헤르츠'는 고분자 기반 스위치가 처리할 수 있는 주파수 대역 중 가장 넓은 범위로, 현존하는 유기 고분자 스위치 중 최고 수준의 성능이다.
3600회 이상 반복해서 굽혀도 성능 저하 없이 정상 작동해 탁월한 유연성도 증명했다.
김명수 교수는 “기존 전자 소자가 가진 열적 불안정성과 고주파 성능 한계를 동시에 극복했다는 점에서 의미가 크다”며 “향후 고온이나 굴곡진 환경에서도 작동해야 하는 차세대 웨어러블 통신 기기나 IoT 센서, 자율주행차량의 통신 시스템에 폭넓게 적용할 수 있을 것”이라고 말했다.
울산=임동식기자 dslim@etnews.com