[한국기술뉴스] NST의 DMC융합연구단은 AESA 레이더 핵심부품인 질화갈륨(GaN) 반도체 전력증폭기 집적회로(MMIC) 기술을 개발했다고 밝혔다.

최신형 전투기에 장착되는 능동위상배열(AESA) 레이더는 신속하고 정확하게 대상물까지의 거리나 위치, 모습을 탐지할 수 있어 전투기의 두뇌라고도 불린다. 

레이더 앞부분에 부착된 수천 개의 송·수신 모듈은 스위치, 전력증폭기(PA), 저잡음증폭기(LNA) 등 반도체 칩을 집적해 제작된다. 연구진은 지난해 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 장비다. 최근 레이더가 진공관형 증폭기(TWTA) 방식에서 반도체형 전력증폭기(SSPA) 방식으로 변경되는 추세에 따라 전력증폭기 집적회로는 반도체 전력증폭기 국산화 필수 기술로 떠올랐다.

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 확보했다. 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 x 3.6 x 0.1mm로 유럽 제품의 60%에 불과하다. Ku-대역 전력증폭기 칩은 3.1 x 3.6 x 0.1mm로 미국 제품보다 부피를 약 23% 줄였다. 연구진은 다년간 질화갈륨 등 다양한 화합물 반도체 소자를 설계·제작해 온 연구 노하우로 이번 성과를 낼 수 있었다고 밝혔다. 특히, 국내 최초로 자체적으로 집적회로 설계부터 제작까지 해내며 해외 파운드리 및 수입품에 의존해온 군수 분야 질화갈륨 집적회로 부품을 국산화하는 기틀을 만들어 더욱 뜻깊다.

ETRI 임종원 책임연구원은 “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 것이다”고 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 3개 주파수 C-/X-/Ku-대역별로 스위치·전력증폭기·저잡음증폭기 MMIC 등을 하나의 칩으로 집적시키는 송·수신 단일칩 집적회로 후속 연구도 진행한다.