Wireless power transfer technology has been widely adopted to the various applications. However, wireless power transfer technology has two limitations. One is the charging distance limitation and low system efficiency at long distance. The other is the leakage electromagnetic field problem since it uses magnetic field as energy transfer media. To mitigate these limitations, metamaterial is proposed. In this thesis, we study the hybrid metamaterial slab which uses negative metamaterial unit cell and zero metamaterial unit cell and multi-stack hybrid metamaterial which is stacked hybrid metamaterial to maximize system efficiency and reduce leakage electromagnetic field. Moreover, we propose modeling method for metamaterial and wireless power transfer system with metamaterial to predict efficiency enhancement effect before measurement.
본 연구에서는 무선충전시스템에서 높은 효율과 낮은 전자파 누출(leakage EMF)를 위한 멀티스택 하이브리드 메타물질 슬랩을 제안하였다. 널리 상용화된 무선 충전 기술은 송신단과 수신단의 거리가 멀어질수록 효율이 급격히 떨어진다는 단점과 노출되는 전자파가 존재한다는 단점을 가지고 있다. 이러한 무선 충전 기술의 효율과 전자파 문제를 해결하기 위해 메타물질을 무선충전시스템에 적용하는 연구가 최근 활발히 진행되고 있다. 본 학위논문에서는 이러한 메타물질 중, 음의 투자율과 영의 투자율을 가지는 메타물질을 섞어 만든 하이브리드 메타물질 슬랩를 여러 층 쌓은 멀티스택 하이브리드 메타물질 슬랩을 무선 충전 시스템에서 적용하여 효율 증대와 누설 전자파를 최소화하는 방법을 다루고자 한다.
그 과정에서 기존에 많은 메쉬 개수로 인해 시뮬레이션으로 풀지 못했던 메타물질의 적용된 무선충전시스템을 수식적 모델링을 통해 풀어내어 제작, 측정하기전 메타물질이 무선충전시스템에 미치는 효율 증대 효과도 분석하는 방법을 제안하였다. 제안한 모델링을 이용하여 하이브리드 메타물질 슬랩을 쌓을 때, 얼마의 간격으로 쌓는 지, Tx 코일과의 간격은 얼마나 떨어진 것이 좋은지를 모델링 관점에서 최적화하였다. 따라서 기존의 먼 거리에서 충전효율이 낮고 누설 자기장이 많았던 무선충전시스템의 한계를 극복하는 필수적인 해결책이 될 수 있다.