레이더 핵심 부품 집적회로로 만들어 크기와 무게 확 줄인다

한국전자통신연구원(ETRI) DMC 융합연구단, 전파 송·수신기 부피 450분의 1, 무게 10% 줄여 군용기, 선박, 기상 레이더에 활용

미국 공군이 운영하는 스텔스 전투기 F-22랩터.

전투기나 선박에 쓰이는 레이더는 전파를 물체에 보내고 그 물체에서 반사된 전파를 수신해 물체와의 거리, 반향, 고도를 알아낸다. 한국전자통신연구원(ETRI) DMC 융합연구단은 한국형 전투기 등에 사용되는 능동위상배열(AESA) 레이더에 쓰이는 송·수신기 스위치를 집적회로로 만들어 크기와 무게를 낮췄다고 24일 밝혔다. 

레이더의 송·수신기는 전파의 출력을 증폭시키는 전력증폭기와 들어온 신호의 잡음을 낮추는 저잡음 증폭기, 신호를 구분해주는 송·수신 스위치 등으로 구성된다. 송·수신 장치 안에는 이런 장치가 대략 1000개 모여있어 부피와 무게가 크다는 단점이 있다. 이런 이유로 최근 각 장치를 집적회로로 만들어 부피를 줄이려는 연구가 활발하다.

연구팀은 고출력에도 잘 견디는 질화갈륨(GaN)을 이용해 기존 송·수신 장치에서 스위치 역할을 하는 커다란 서큘레이터를 집적회로로 만들었다. 이 집적회로 안에는 안테나와 연결된 스위치 회로가 수신장치와 송신장치로 향하는 회로와 선택적으로 연결할 수 있어 들어오는 전파와 나가는 전파를 쉽게 구분한다. 

특히 4~8GHz의 주파수대역인 C-대역과 8~12GHz의 주파수대역인 X-대역을 모두 주고받는다. 만약 고출력 증폭기에서 증폭된 신호의 출력을 스위치가 견디지 못하면 오작동을 일으킨다. 연구팀이 개발한 집적회로는 두 대역에 대해 각각 40W, 30W의 출력을 견딜 수 있다. X대역을 사용하는 AESA 레이더는 고출력 증폭기가 10W까지 신호를 증폭하므로 충분히 버틸 수 있는 수준이다. AESA레이더는 미국의 전투기인 F-22A, F-35A, 슈퍼 호넷을 비롯해 세계 각국의 최신형 전투기와 요격미사일 사드(THADD)에 장착된다.

연구팀이 만든 집적회로는 크기가 가로 1.3mm 세로 1.55mm 두께 0.1mm 수준으로 부피가 0.2mm³ 정도다. 이 송·수신 스위치의 부피는 기존 송·수신기 부피의 450분의 1이고, 무게는 약 10% 적어 무게에 민감한 전투기, 선박, 기상 레이더의 송·수신기에 활용할 수 있다. 

연구팀은 이 기술을 응용해 송·수신용 개별 집적회로를 한 칩에 통합하는 후속 연구를 진행하며 국산 레이더 기술력을 더욱 높이고 방산 업체에 기술이전을 통해 상용화할 예정이다.

임종원 DMC 융합연구단 단장은 “국내 연구기관의 우수한 설비와 연구역량을 융합해 고출력 스위치 집적회로 기술을 확보했다”며 “이 기술이 고출력 레이더 반도체 송·수신기 국산화와 자주국방을 실현하는 데 도움이 되기를 바란다”고 말했다.

[김우현 기자 mnchoo@donga.com]