4G LTE 같은 이동통신이나 와이파이, GPS 같은 무선 기능을 이용하려면 각각 파장이 다른 신호를 수신할 수 있는 안테나가 필요하다. 하지만 5G 이동통신 기술이나 사물인터넷 등이 발전하면서 더 파장이 짧은 마이크로파 대역 등 앞으로 필요한 신호는 더 늘어나고 있다.

액체금속 안테나(Liquid Metal Antenna)는 이런 문제를 해결, 안테나 여러 개를 탑재할 필요 없이 신호 종류에 따라서 모양을 바꿀 수 있는 기술이다.

현재 사용 중인 안테나는 신호를 전환할 수 있는 필터 뱅크(Filter bank)나 신호 전환이 가능한 멀티밴드 안테나를 쓰거나 함께 이용한다. 하지만 미국 노스캐롤라이나주립대학 제이콥 애덤스(Jacob Adams) 박사는 이런 무선 기능은 공간 문제가 크다면서 결국 복수 신호를 수신할 수 있는 단일 안테나를 개발하면 단말기 내에 차지하는 공간이 줄어들어 다른 기능을 추가하기 쉬워질 것이라고 말한다.





이를 위해 개발한 제품이 바로 액체금속 안테나. 모세관처럼 생긴 용기 안에 있는 액체금속은 신호에 따라 적당한 형태로 변화한다. 지금까지 액체금속 안테나가 개발되지 않았던 건 아니지만 모세관 안에 있는 액체금속의 형상 변화는 공압펌프에 의존한 탓에 전자기기에는 적합하지 않았다. 하지만 이번에 개발한 액체금속 안테나는 펌프 대신 전압을 가해 액체금속 형상을 제어한다.

모세관 모양이나 금속 움직임은 수은주를 이용한 체온계와 비슷하지만 열에 의해 변화하는 건 아니다. 갈륨과 인듐 합금 같은 전해질 용액을 결합한 액체금속에 ± 전압을 더해 액체금속 확대나 축소 같은 조작을 하는 것이다. + 전압을 가하면 금속 표면에 산화피막이 형성되기 때문에 표면 장력이 줄고 유동적인 모양. 반면 전압을 가하면 산회피막을 없애기 때문에 축소되는 구조다.

애덤스 박사에 따르면 30∼300GHz, 밀리미터파 수신은 마이크로 유체 칩에 통합할 수 있다는 설명이다. 이번 연구는 모든 대역의 주파수를 커버하는 액체금속 안테나를 실현한 것이다. 앞으로 비행기와 유조선 등에 들어가는 대량 안테나가 차지하는 공간 절약 등에 활용될 것으로 기대된다. 액체금속 안테나 개발 관련 논문은 응용물리저널(Journal of Applied Physics)에 발표했다. 관련 내용은 이곳에서 확인할 수 있다.

최필식 기자  chois4u@techholic.co.kr

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