최신형 전투기에 장착되는 AESA 레이더는 신속하고 정확하게 대상물까지의 거리나 위치, 모습을 탐지하는데, 이는 레이더 앞부분에 부착된 수천 개의 송수신 모듈 덕분이다. 송·수신 모듈은 스위치, PA, LNA 등이 집적된다. NST DMC융합연구단은 AESA 레이더의 핵심부품인 GaN PA MMIC 기술의 국산화에 성공했다.
DMC융합연구단, AESA 레이더 부품 국산화
AESA 질화갈륨 전력증폭기 칩 2종 개발
美·EU 상용품과 성능 대등, 부피는 더 작아
국내 연구진이 레이더용 핵심부품의 국산화에 성공했다.
국가과학기술연구회(NST) DMC융합연구단은 28일, AESA 레이더의 핵심부품인 질화갈륨(GaN) 반도체 전력증폭기 집적회로(MMIC) 기술을 개발했다고 밝혔다.
▲ DMC융합연구단이 개발한 X-대역 GaN PA MMIC를
측정지그에 적용한 모습 [사진=ETRI]
최신형 전투기에 장착되는 AESA(Active Electronically Scanned Array; 능동위상배열) 레이더는 신속하고 정확하게 대상물까지의 거리나 위치, 모습을 탐지하는데, 이는 레이더 앞부분에 부착된 수천 개의 송수신 모듈 덕분이다.
송·수신 모듈은 스위치, 전력증폭기(PA), 저잡음증폭기(LNA) 등이 집적된다. 연구진은 지난해 송·수신기용 스위치 MMIC 기술을 개발했고, 올해 X-대역(8~12GHz), Ku-대역(12~18GHz) 레이더 송·수신기용 PA MMIC 기술개발까지 성공했다.
PA는 송신 신호를 증폭해 원활한 신호처리 및 표적 탐지·추적을 가능케 하는 장비다. 레이더가 진공관형 증폭기(TWTA) 방식에서 반도체형 PA(SSPA) 방식으로 변경되는 추세에 따라 PA MMIC는 반도체형 PA 국산화 필수 기술로 떠올랐다.
이번 개발로 군수용 반도체 수출규제에 대비한 AESA 레이더와 탐색기(Seeker)의 국산화, 성능 향상이 이뤄져 국내 방위산업 발전에 도움이 될 전망이다.
X-대역 PA는 25W급 출력과 대역폭 2GHz, 40% 최대 효율을, Ku-대역 PA는 20W급 출력과 대역폭 2GHz, 30% 최대 효율을 낼 수 있다. 고출력 PA 소자로 적합한 GaN GaAs(갈륨비소)을 이용해 기존 GaAs 소재 대비 10배 이상 높은 출력과 우수한 신호변환 효율을 확보했다. 적은 부품으로도 신호를 많이 증폭시킬 수 있어 레이더 경량화는 물론 더욱 정확한 목표물 탐지가 가능하다.
연구진이 개발한 PA 칩은 미국, 유럽의 상용제품과 성능이 비슷하고, 크기는 더 작아 상용화에 유리하다. X-대역 칩 부피는 3.5×3.6×0.1mm로 유럽 제품의 60%다. Ku-대역 칩은 3.1×3.6×0.1mm로 미국 제품보다 부피를 약 23% 줄였다.
DMC융합연구단의 단장인 임종원 ETRI 책임연구원은 “국내서 처음으로 연구기관 자체의 설계·공정 기술로 고출력 PA와 스위치 MMIC 기술을 확보했다”라며, “이 기술은 우리나라 국방 기술 확충과 소·부·장 대응에 도움될 것”이라고 말했다.
향후 DMC융합연구단은 관련 분야 산업체에 기술을 이전하면서 상용화 지원에 나서는 동시에 군수 부품 요구성능을 만족하는 신뢰성 시험을 계획 중이다. 또한, 2022년까지 본 기술을 바탕으로 C-/X-/Ku- 대역별로 스위치·PA·LNA MMIC 등을 하나의 칩으로 집적한 송·수신 단일 칩 MMIC 후속 연구도 진행할 방침이다.