"머리카락 7분의 1 오차 잡았다"…KRISS, 750GHz 전자파 측정로봇 개발[과학을읽다]

국방 스텔스부터 6G·반도체 안테나까지…10㎛ 초정밀 제어 구현

한국표준과학연구원(KRISS)이 국방 스텔스 성능 검증과 6세대(6G) 이동통신, 반도체 안테나 평가에 활용할 수 있는 초정밀 로봇 기반 전자파 측정 시스템을 자체 개발했다. 머리카락 굵기의 7분의 1 수준인 10마이크로미터(㎛) 이내 오차 제어를 구현하면서 고주파 대역 측정의 신뢰도를 크게 끌어올렸다는 평가다.

KRISS는 자체 설계 및 정밀 제어 기술을 기반으로 '로봇 기반 초정밀 전자파 측정 시스템'을 구축했다고 31일 밝혔다. 최근 차세대 통신 부품과 반도체 패키지 안테나, 항공기 레이다 등에 활용되는 전자파 주파수 대역이 수십 기가헤르츠(GHz) 이상으로 확대되면서, 미세한 위치 오차에도 측정 결과가 크게 달라지는 문제가 산업 현장의 핵심 과제로 떠올랐다.

KRISS 로봇 기반 전자파 측정시스템 활용 항공기 축소모형 산란특성 측정 사례. (a) 회전판 위 항공기 축소모형 측정 플랫폼. (b) 전자파 송·수신 기반 산란특성 측정 개념도와 결과. 컬러 분포도는 형상에 따른 전자파 산란 강도 변화를 나타낸다. 빨간색·노란색은 산란이 큰 영역, 초록색·파란색은 작은 영역으로, 산란이 작을수록 레이다 탐지 가능성이 낮다. 연구팀 제공

이번 시스템의 핵심은 상하·좌우·전후 이동과 회전이 모두 가능한 6자유도(6-DOF) 로봇 기술이다. KRISS는 시스템 설계부터 제어 프로그램, 위치 보정 기술까지 독자 기술로 내재화해 최고 750GHz 대역까지 폭넓은 전자파 측정이 가능하도록 구현했다.

특히 위치 계측·보정 기술을 적용해 안테나 정렬 오차를 10㎛ 이내로 제어했다. 이는 머리카락 굵기의 약 7분의 1 수준이다. 고주파 대역으로 갈수록 파장이 짧아지는 만큼 이 같은 초정밀 제어는 측정 신뢰도를 좌우하는 핵심 경쟁력으로 꼽힌다.

국방 스텔스·6G 측정 판 바꾼다

기존 대형 전자파 시험시설이 넓은 공간과 대규모 구축 비용을 필요로 했던 것과 달리, 이번 시스템은 로봇이 측정 대상 주변을 정밀하게 이동하며 스캔하는 방식을 채택해 좁은 공간에서도 저비용·고정밀 시험을 반복 수행할 수 있다.

KRISS 이상수 선임기술원(좌)과 권재용 책임연구원(우)이 로봇 기반 전자파 측정시스템을 활용해 지폐의 미세패턴과 숨겨진 문양을 서브테라헤르츠파로 측정하고 있다. KRISS 제공

특히 국방 분야 활용성이 크다. 무기체계 개발 과정에서 축소 모형을 활용한 전자파 산란 특성 평가 시 작은 형상 오차가 실제 장비 수준에서는 큰 성능 차이로 이어질 수 있어서다. KRISS의 초정밀 제어 기술은 축소 모형 기반 스텔스 성능 검증과 레이다 반사 특성 분석의 정밀도를 높일 수 있다.

아울러 항공기 레이다뿐 아니라 위상배열 안테나 모듈, 반도체 안테나 등에도 측정 대상 특성에 맞춘 유연한 적용이 가능하다. 향후 6G 후보 대역으로 꼽히는 서브테라헤르츠(sub-THz) 무선통신 부품 측정 분야에서도 활용도가 클 것으로 기대된다.

김종화 기자 justin@asiae.co.kr