마이크로웨이브를 이용한 1.6km 무선 전력 전송

(A microwave dish transmitter is pointed toward a rectifying antenna in part of the Safe and Continuous Power Beaming – Microwave (SCOPE-M) demonstration. Credit: NRL)

(Rectifying antenna. Credit: NRL)

(Rectifying antenna attached to a receiver antenna. Credit: NRL)

현재의 무선 충전 기술은 무선이라는 말이 무색할 정도로 가까운 거리에서 가능합니다. 하지만 과학자들은 오랜 세월 마이크로웨이브를 이용해서 장거리 전력 전송이 가능하다고 믿어 왔습니다. 예를 들어 지구 정지 궤도에 거대한 태양광 발전소를 건설한 후 지구 전체가 사용할 수 있는 전력을 전송할 수 있다는 구상이 오래전부터 있어 왔습니다. 현재도 관련 연구는 꾸준히 시도되고 있으며 관련 스타트업도 존재합니다.

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물론 이론적으로는 얼마든지 가능하지만, 현실에서는 매우 짧은 거리에 많지 않은 전력을 전송하는 것이 전부였습니다. 그런데 최근 의외의 기관에서 기존의 기록을 뛰어넘는 성과를 거뒀습니다. 바로 미 해군 연구소 (US Naval Research Laboratory (NRL))의 과학자들이 1.6kW의 전력을 1km 이상 떨어진 장소에 전송한 것입니다. 1970년대 첫 연구 이후 가장 큰 성과라고 할 수 있습니다.

미 해군과 국방부에 지원을 받은 Safe and Continuous Power bEaming – Microwave (SCOPE-M) 프로젝트는 장거리 마이크로웨이브 전력 전송 기술의 가능성을 연구하는 것이 목표입니다. 이를 통해서 멀리 떨어진 항공기, 선박, 부대에 전력을 무선으로 공급할 수 있긴 하지만, 그래도 이런 연구를 해군에서 주도한다는 사실이 매우 놀랍습니다.

아무튼 SCOPE-M의 마이크로웨이브 안테나는 10GHz 주파수를 사용해 마이크로웨이브를 발사합니다. 그러면 작지만 매우 많은 수의 렉테나 (rectenna)가 이를 직류 전류로 바꾸는 방식입니다. 렉테나는 x 밴드 다이폴 안테나와 RF 다이오드 (x-band dipole antenna with an RF diode) 유닛입니다.

(SCOPE-M)

에너지 전환 효율은 의외로 높아 무려 60%에 달합니다. 물론 거리나 출력은 아직 실용적인 수준이라고 할 순 없지만, 상당히 놀라운 성과임에는 분명합니다. 초장거리 전력 공급이 가능하다면 매우 장시간 임무 수행이 가능한 드론이나 항공기 개발이 가능할 것입니다. 앞으로 연구 결과가 기대됩니다.

참고

https://newatlas.com/energy/us-navy-beams-1-6-kw-power-kilometer-microwaves/

https://www.nrl.navy.mil/Media/News/Article/3005806/nrl-conducts-successful-terrestrial-microwave-power-beaming-demonstration/

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