HFSS LAB@HYU
전자공학부 장태환
HFSS 연구실은 한양대학교 ERICA캠퍼스 전자공학부 소속으로, 차세대 무선통신과 양자컴퓨팅을 위한 첨단 RF 집적회로 및 안테나 시스템을 연구하는 선도적 연구실입니다. 본 연구실은 5G, 6G 등 미래 통신 인프라 구축을 위한 초고주파 송수신기, 위상 배열 시스템, 빔포밍, 이중편파 제어 등 다양한 RF 회로 및 시스템을 개발하고 있습니다. 특히, 60GHz 및 120GHz 대역에서 동작하는 CMOS 기반의 송수신기와 안테나 어레이는 고속 데이터 전송, 저전력, 소형화 등 다양한 요구를 만족시키며, 실제 산업계와의 협력을 통해 상용화 가능성도 높이고 있습니다.
또한, HFSS 연구실은 밀리미터파 및 테라헤르츠 대역에서 동작하는 혁신적 안테나 구조와 전파 시스템을 개발하여, 미래 무선통신, IoT, AR/VR, 칩-투-칩 통신 등 다양한 응용 분야에 적용하고 있습니다. 빔포밍 안테나 어레이, 듀얼 폴라리제이션 안테나, 광대역 자기-전기 다이폴 안테나, OAM 모드 지원 안테나 등 다양한 첨단 기술을 통해 무선통신의 대역폭, 이득, 방사 패턴, 격리도 등 성능을 극대화하고 있습니다. 실제 회로와의 결합을 고려한 패키지 통합 설계 및 실험적 검증을 통해 연구의 실용성과 완성도를 높이고 있습니다.
HFSS 연구실은 또한 양자컴퓨팅을 위한 극저온 RF 집적회로 및 시스템 연구에도 적극적으로 참여하고 있습니다. 극저온 환경에서 동작하는 저잡음 증폭기, I/Q 믹서, 위상 보상 회로 등 다양한 핵심 회로를 개발하여, 양자 비트의 제어 및 판독에 필요한 고성능 RF 하드웨어를 구현하고 있습니다. 이러한 연구는 양자정보통신 및 차세대 컴퓨팅 기술의 상용화에 중요한 기여를 하고 있습니다.
연구실의 연구 성과는 IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, IEEE Transactions on Antennas and Propagation, IEEE Journal of Solid-State Circuits 등 세계적인 학술지에 다수 게재되고 있으며, 다양한 특허와 산학협력 프로젝트를 통해 기술의 실용화와 산업적 파급효과를 확대하고 있습니다. 또한, 국내외 학회 및 경진대회에서 다수의 수상 실적을 보유하고 있어 연구의 우수성과 경쟁력을 입증하고 있습니다.
HFSS 연구실은 미래 무선통신과 양자컴퓨팅 분야에서 세계적 수준의 연구 역량을 바탕으로, 첨단 RF 회로 및 안테나 시스템의 혁신을 선도하고 있습니다. 앞으로도 지속적인 연구개발과 산학협력을 통해, 차세대 정보통신 기술 발전에 핵심적인 역할을 수행할 것입니다.
Antennas and Systems
Microwave Circuits
Cryogenic RF Circuits for Quantum Computing
차세대 통신을 위한 RF 집적회로 및 시스템
HFSS 연구실은 5G, 6G 등 차세대 초고속 무선통신을 위한 RF 집적회로(RFIC)와 시스템 개발에 중점을 두고 있습니다. 본 연구실에서는 고주파 대역에서 동작하는 송수신기, 위상 배열 송신기, 저잡음 증폭기, 위상 고정 루프(PLL) 등 다양한 RF 회로를 설계 및 구현하고 있습니다. 특히, 60GHz 및 120GHz 대역에서 동작하는 CMOS 기반의 송수신기와 위상 배열 송신기는 고속 데이터 전송과 저전력 특성을 동시에 달성하기 위해 혁신적인 회로 구조와 보정 기법을 적용하고 있습니다.
이러한 RFIC 연구는 실제 무선통신 시스템에서 요구되는 대역폭 확장, 잡음 저감, 위상 및 이득 정밀 제어 등 다양한 기술적 난제를 해결하는 데 초점을 맞추고 있습니다. 예를 들어, 다중 입력 다중 출력(MIMO) 시스템, 빔포밍, 듀얼 폴라리제이션(이중편파) 제어 등 첨단 무선통신 기술을 실현하기 위한 핵심 회로 기술을 개발하고 있습니다. 또한, 집적회로와 안테나의 패키지 통합(Antenna-in-Package) 기술을 통해 시스템의 소형화와 고성능화를 동시에 추구하고 있습니다.
이러한 연구 성과는 IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, IEEE Journal of Solid-State Circuits 등 세계적인 학술지에 다수 게재되고 있으며, 실제 산업계와의 협력을 통해 상용화 가능성도 높이고 있습니다. HFSS 연구실의 RFIC 및 시스템 연구는 미래의 초고속, 초저지연, 초연결 통신 인프라 구축에 핵심적인 역할을 할 것으로 기대됩니다.
미래 무선통신을 위한 안테나 및 전파 기술
HFSS 연구실은 밀리미터파 및 테라헤르츠 대역에서 동작하는 첨단 안테나와 전파 시스템을 연구하고 있습니다. 특히, 빔포밍 안테나 어레이, 듀얼 폴라리제이션 안테나, 광대역 자기-전기(ME) 다이폴 안테나, OAM(Orbital Angular Momentum) 모드 지원 안테나 등 다양한 혁신적 구조를 개발하여 차세대 무선통신의 요구를 충족시키고 있습니다. 이러한 안테나 기술은 5G/6G 이동통신, IoT, AR/VR, 고속 칩-투-칩 통신 등 다양한 응용 분야에서 활용되고 있습니다.
연구실에서는 안테나의 대역폭 확장, 이득 및 방사 패턴 최적화, 고격리 듀얼 폴라리제이션, 패키지 통합(AiP) 등 다양한 기술적 도전을 극복하기 위한 새로운 설계 방법론을 제시하고 있습니다. 예를 들어, L-probe E-shaped 패치, 각진 다이폴, 슬롯 삽입 구조, 가드 비아(Guard via) 및 임피던스 매칭 패치 등 다양한 설계 기법을 적용하여 안테나의 성능을 극대화하고 있습니다. 또한, 실제 회로와의 결합을 고려한 실용적 패키지 설계와 시뮬레이션, 실험적 검증을 통해 연구의 완성도를 높이고 있습니다.
이러한 안테나 및 전파 기술은 IEEE Transactions on Antennas and Propagation, IEEE Access 등 국제 저널에 다수 발표되고 있으며, 다양한 특허와 산학협력 프로젝트를 통해 기술의 실용화와 산업적 파급효과를 확대하고 있습니다. HFSS 연구실의 안테나 및 전파 연구는 미래 무선통신의 핵심 인프라를 선도하는 중추적 역할을 하고 있습니다.
양자컴퓨팅을 위한 극저온 RF 집적회로
HFSS 연구실은 차세대 컴퓨팅 패러다임인 양자컴퓨팅을 위한 극저온 RF 집적회로(Cyrogenic RF IC) 및 시스템 연구에도 선도적으로 참여하고 있습니다. 양자컴퓨팅 시스템은 극저온 환경에서 동작하는 양자 비트의 제어 및 판독을 위한 고성능 RF 회로가 필수적입니다. 본 연구실에서는 28nm, 40nm, 65nm CMOS 공정을 활용하여 극저온 환경에서도 안정적으로 동작하는 저잡음 증폭기, I/Q 믹서, 위상 보상 회로 등 다양한 핵심 회로를 개발하고 있습니다.
특히, 극저온 집적회로의 설계에서는 상온에서 발생하는 열잡음과 배선 복잡성, 신호 감쇠 등 기존 회로 설계와는 다른 새로운 난제를 해결해야 합니다. HFSS 연구실은 이러한 문제를 극복하기 위해 회로 구조의 최적화, 소재 및 공정의 특성 분석, 실험적 검증을 병행하고 있습니다. 또한, 양자컴퓨팅 시스템의 신뢰성과 확장성을 높이기 위한 시스템 통합 및 패키징 기술도 함께 연구하고 있습니다.
이러한 극저온 RF 회로 연구는 IEEE Transactions on Quantum Engineering, 전자공학회논문지 등 국내외 저명 학술지에 발표되고 있으며, 실제 양자컴퓨팅 하드웨어 개발에 직접적으로 기여하고 있습니다. HFSS 연구실의 극저온 RF 집적회로 연구는 미래 양자정보통신 및 컴퓨팅 기술의 상용화에 중요한 기반을 제공하고 있습니다.
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오승욱학생의 논문이 IEEE Trans. Antennas Propag. 에 Accept되었습니다.
오승욱
IEEE Trans. Antennas Propag., 2024
2
김준현학생의 논문이 IEEE Antennas and Wireless Propag. Letters 에 Accept되었습니다.
김준현
IEEE Antennas and Wireless Propag. Letters, 2024
3
이안우학생의 논문이 IEEE Internet of Things Journal 에 Accept되었습니다.
이안우
IEEE Internet of Things Journal, 2023
1
AR/VR용 180˚급 광대역 End-fire 안테나 및 어레이 기술 개발
2
OAM, 빔 포밍 기능 동시 지원하는 평판형 밀리미터파 광대역 안테나 시스템 연구