AESA 레이더용, 탐색기용 질화갈륨 전력증폭기 칩 2종 개발
미국·유럽과 대등한 성능, 항공기·유도무기 등에 탑재 가능
[테크월드뉴스=서유덕 기자] 국가과학기술연구회(NST) DMC융합연구단은 AESA 레이더 핵심부품인 질화갈륨(GaN) 반도체 전력증폭기 집적회로(MMIC) 기술을 개발했다고 28일 밝혔다.
최신형 전투기에 장착되는 능동위상배열(AESA) 레이더는 수천 개의 송·수신 모듈로 구성되는데, 이 모듈은 스위치·전력증폭기(PA), 저잡음증폭기(LNA) 등 반도체 칩을 집적해 제작된다.
연구진은 지난해 송·수신기용 스위치 집적회로 기술을 개발한 데 이어 올해 X-대역과 Ku-대역 레이더 송·수신기용 전력증폭기 집적회로 기술개발까지 성공했다. 전력증폭기는 송신 신호를 증폭시켜 원활한 신호처리 및 표적 탐지·추적을 가능케 하는 장비다.
최근 레이더가 진공관형 증폭기(TWTA) 방식에서 반도체형 전력증폭기(SSPA) 방식으로 변경되는 추세에 따라 전력증폭기 집적회로는 반도체 전력증폭기 국산화 필수 기술로 떠올랐다. 이 기술을 개발을 성공함으로써 군수용 반도체 수출규제에 대비한 AESA 레이더·탐색기 국산화와 군용, 선박, 위성통신 레이더·탐색기 성능 향상에 기여할 것으로 보인다.
연구진의 X-대역 전력증폭기는 25와트(W)급 출력과 2㎓ 대역폭 및 40% 최대 효율을, Ku-대역 전력증폭기는 20W급 출력과 2㎓ 대역폭, 30% 최대 효율을 낼 수 있다. 고출력 전력증폭기 소자로 적합한 질화갈륨을 이용해 기존 갈륨비소(GaAs) 소재 대비 10배 이상 높은 출력과 우수한 신호변환 효율을 확보했고, 적은 부품으로도 신호를 많이 증폭시킬 수 있어 레이더 경량화는 물론 더욱 정확한 목표물 탐지가 가능하다.
성능은 미국과 유럽 상용제품과 대등한 수준이면서도 크기는 더 작아 상용화에 유리하다. 연구진이 개발한 X-대역 전력증폭기 칩 부피는 3.5×3.6×0.1㎣로 유럽 제품 대비 약 60%, Ku-대역 전력증폭기 칩은 3.1×3.6×0.1㎣로 미국 제품 대비 약 23% 작다.
임종원 한국전자통신연구원(ETRI) 책임연구원(DMC융합연구단장)은 “국내 최초로 연구진이 연구기관 자체의 설계 및 공정기술 등 연구를 통해 고출력 전력증폭기와 스위치 집적회로 기술을 확보했다”며 “본 기술이 우리나라 국방기술 확충과 소·부·장 대응에 큰 도움이 될 것”이라고 말했다.
DMC융합연구단은 관련 분야 산업체에 기술을 이전하면서 상용화 지원에 나서는 동시에 군수 부품 요구성능을 만족하는 신뢰성 시험을 계획 중이다. 또한, 2022년까지 본 기술을 바탕으로 3개 주파수 C-/X-/Ku-대역별 스위치·전력증폭기·저잡음증폭기 MMIC 등을 하나의 칩으로 집적시키는 송·수신 단일칩 집적회로 후속 연구도 진행할 방침이다.
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