첨단 전투기의 두뇌 ‘에이사(AESA) 레이더' 핵심부품 국산화 성공

이른바 ‘보라매’라 불리는 최첨단 초음속 국산 전투기의 두뇌라 할 ‘에이사(AESA)레이더’의 핵심 부품 국산화 성공을 했다고 DMC융합연구단이 28일 밝혔다.

국산 반도체 기술로 설계에서부터 개발에 이르기까지 모두 이뤄내면서 국방기술 자립을 통해 소부장(소재-부품-장비) 수출규제에도 적극적인 대응이 가능해질 것으로 보인다.

국가과학기술연구회(NST) DMC융합연구단은 에이사(AESA)레이더 핵심 부품인 질화칼륨(GaN)반도체 전력증폭기 집적회로(MMIC)기술을 개발했다고 밝혔다.

최첨단 전투기에 장착되는 능동위상배열(AESA, Active Electronically Scanned Array)레이더는 신속하고 정확하게 대상물까지의 거리나 위치, 모습을 탐지할 수 있어 전투기의 두뇌(brain)라고도 부른다. 레이더 앞부분에 부착된 수천 개의 송신, 수신 모듈 덕분이다.

이 수천개의 송수신 모듈은 스위치, 전력증폭기(PA), 저잡음증폭기(LNA, Low-noise amplifier) 등 반도체 칩을 집적해서 만든다. 연구진은 난해 송·수신기용 스위치 집적회로 기술을 개발한 데 이어, 올해 X-대역 및 Ku-대역 레이더 송·수신기용 전력증폭기 집적회로 기술개발까지 성공했다.

전력증폭기는 송신 신호를 증폭시켜 원활한 신호처리 및 표적 탐지·추적을 가능케 하는 장비이다.

최근 레이더가 진공관형 증폭기(TWTA) 방식에서 반도체형 전력증폭기(SSPA) 방식으로 변경되는 추세에 따라, 전력증폭기 집적회로는 반도체 전력증폭기 국산화 필수 기술로 떠올랐다.

이번 본 기술 개발로 군수용 반도체 수출규제에 대비한 에이사 레이더 및 탐색기 국산화와 군용, 선박, 위성통신 레이더 및 탐색기 성능을 크게 높여 우리나라 방위산업 발전에 큰 도움이 될 것으로 보인다.

연구진의 X-대역 전력증폭기는 25와트(W)급 출력과 대역폭 2GHz, 40% 최대 효율, 그리고 Ku-대역 전력증폭기는 20와트(W)급 출력과 대역폭 2GHz, 30% 최대 효율을 낼 수 있다.

고출력 전력증폭기 소자로 적합한 질화갈륨을 이용해 기존 갈륨비소(GaAs) 소재 대비 10배 이상 높은 출력과 우수한 신호변환 효율을 확보했다고 연구진은 밝혔다. 이번 개발된 것은 적은 부품으로도 신호를 많이 증폭시킬 수 있어 레이더 경량화는 물론 더욱 정확한 목표물 탐지가 가능하다는 것이다.

성능은 미국과 유럽 상용제품과 대등한 수준이면서도 크기는 더 작아 상용화에 유리하다는 평가이다. 연구진이 개발한 X-대역 전력증폭기 칩 부피는 3.5 x 3.6 x 0.1mm로 유럽 제품의 60%에 불과하며, Ku-대역 전력증폭기 칩은 3.1 x 3.6 x 0.1mm로 미국 제품보다 부피를 약 23% 줄였다.

특히, 국내 최초로 자체적으로 집적회로 설계부터 제작까지 해내며 해외 파운드리 및 수입품에 의존해온 군수 분야 질화갈륨 집적회로 부품을 국산화하는 기틀을 만들어 더욱 뜻이 깊다.

ETRI 임종원 DMC융합연구단장은 “국내 최초로 연구진이 연구기관 자체의 설계 및 공정기술 등 연구를 통해 고출력 전력증폭기와 스위치 집적회로 기술을 확보했다. 본 기술이 우리나라 국방기술 확충과 소·부·장 대응에 큰 도움이 될 것”이라고 말했다.