전기전자/정보통신

닛케이 일렉트로닉스_25.10월호 (p18~19)

샤프∙미쓰비시케미컬∙NICT 등, 초소형 위성통신 디바이스 공동 개발 추진
Starlink 안테나의 10분의 1, 자동차 및 드론으로의 탑재 노려

‘휴대전화를 사용하기 어려운 장소에서도 고속 통신을 가능하게 하는 저궤도(LEO: Low Earth Orbit) 위성통신을 모빌리티 세계로’. 샤프와 미쓰비시케미컬, 정보통신연구기구(NICT), TecLab(도쿄)은 7월 30일, LEO 위성용 안테나와 모뎀을 통합한 초소형·경량의 유저 디바이스를 공동 개발하기로 합의했다고 발표했다.

-- 타깃은 자동차 --
LEO 위성통신의 선구자인 미국 SpaceX의 고속 인터넷 서비스 ‘Starlink’용 페이즈드 어레이(Phased array, 위상 배열) 방식 평면 안테나의 크기는 594mm×383mm×39.7mm이다. 샤프도 선박 등에 탑재하는 것을 목표로 하고 있으며, 올해 안에 실용화하기 위해 크기 446mm×446mm×66mm, 무게 약 7kg의 유저 디바이스 개발을 추진하고 있다.

한편, 이번 공동 개발에서 목표로 하는 것은 약 200mm×200mm×30mm로, 현재 개발 중인 모델 부피의 10분의 1 정도이며, 무게 약 1kg의 초소형·경량의 유저 디바이스이다. 자동차나 드론 등 모빌리티로의 탑재를 목표로 하고 있다.

자동차에 표준 탑재되면 이동통신 전파가 닿지 않는 지역에서 사고나 고장 등의 문제에 직면해도 자동차 딜러와 연락할 수 있는 등, 서비스 향상으로 이어진다. 샤프는 ‘제2회 SPEXA 국제 우주 비즈니스전’(7월 30일~8월 1일, 도쿄빅사이트)에서 이 유저 디바이스의 목업 등을 선보였다.

-- 성능을 유지한 채 소형으로 --
이번 공동 개발에 있어서의 역할 분담은 다음과 같다. 샤프가 디바이스를 개발하고, NICT가 배열 구조를 포함한 초소형화와 경량화를 위한 안테나 설계 및 시뮬레이션을 담당. 미쓰비시케미컬은 배열판에 사용되는 열전도율이 높고 경량인 새로운 복합 재료를 개발, TecLab이 재료의 성형 및 가공을 실시한다.

샤프에 따르면, 안테나는 소형화될수록 통신 속도가 저하되며, 얼마나 품질을 유지한 채 소형화할 수 있는지가 개발의 포인트이다. 만약 통신 속도가 10Mbps 정도라고 해도 농기계의 원격 조작 등의 용도로 수요가 있다.

-- 흑연과 CFRP를 층 형태로 --
전자적 제어를 하는 페이즈드 어레이 안테나를 소형화할 때 과제가 되는 것은 방열이다. 페이즈드 어레이 안테나에는 다수의 소자가 탑재되어 있다. 가동 시, 이 다수의 소자가 발열하기 때문에 안정적으로 가동시키려면 발열부에 방열판 등을 직접 부착해 열을 효율적으로 방출해야 한다.

이번 초소형·경량의 유저 디바이스에서는 방열판에 미쓰비시케미컬이 개발한 그라파이트 시트(Graphite Sheet)와 탄소섬유강화플라스틱(CFRP)의 복합 재료를 사용한다. 포인트는 그라파이트 시트와 CFRP를 교대로 쌓아 올려 층 형태로 함으로써 가볍고, 열전도율이 높으며, 강도를 갖춘 재료로 만들 수 있었다. 열전도율은 평면 방향에 있어서 700W/mK로, 일반 방열판 소재로 사용되는 구리의 약 400W/Mk에 비해 1.5배 이상이다.

이 복합 재료는 두께 방향의 열전도율은 높지 않지만, 평면 방향으로는 열전도율이 높다는 특성을 가지고 있다. 샤프는 이 특성을 활용해 효율적으로 열을 방출할 수 있도록 복합 재료 배치에 대해 연구해 나갈 방침이라고 한다.

또한, 얇은 흑연 시트의 접합이 아닌, 단일 층으로 100µm 이상의 두께를 만들어 높은 열전도율과 고밀도를 달성. 두껍게 함으로써 열전도를 통해 방열하는 열량을 늘릴 수 있었다. 한편, 통상적으로는 층을 두껍게 할수록 내부 밀도가 낮아져 열전도율이 내려간다. 샤프는 향후, 그라파이트 시트를 한층 더 두껍게 해 배열 능력을 향상시켜 나갈 계획이라고 한다.

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샤프·미쓰비시화학·NICT 등, 초소형 위성통신 디바이스 공동 개발

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