땡칠이 씨리즈 41탄. Active ESA. part 1.

땡칠이 씨리즈 41탄. Active 형 ESA 레이다. Part.1

이제 미래 레이다의 주역인 액티브형 ESA 레이다를 살펴볼 차례입니다. 어렵다는 분들이 있어서 앞으로는 좀 더 쉽게 설명하도록 하겠습니다. 물론 수준이 낮아지는 건 아니지요. 내용은 더욱 깊이 있게 다루면서 좀 더 설명을 많이 하겠다는 얘기입니다. 찬찬히 읽어보면 모두 이해가 될 것입니다.

앞서 패시브 ESA 레이다를 말할 때, 안테나 파트를 제외하면 내부구조도 MSA(기계식) 레이다와 별 차이가 없고Phase Shifter 도 단순히 빔의 방향만 편향시킨다고 했었지요. 허나 Active ESA 레이다는 내부구조도 크게 차이가 날 뿐 아니라, T/R 모듈 자체도 훨씬 복잡한 구조를 하고 있습니다. 당연히 하는 기능도 복잡하지요.

 

 

 

 

기초에 충실한 생각이 만들어 낸 것이 AESA 방식이지요. AESA를 만들어낸 아이디어는 단순하지만 아주 획기적인, 두 가지 발상을 하나로 합친 것입니다.

첫 번째 개념은 전자기적 에너지를 발생시키는 송신부(transmitter)를 잘게 쪼개서(분산시켜서) 하나의 소자로 만든다는 것, 그래서 이를 통해 저전압으로도 양호한 출력의 전파를 각기 독립적으로 만들어 낼 수 있게 한다는 것입니다.
두 번째는 신호처리를 담당하는 수신부(receiver)의 시초부분(front-end)도 이 소자에 같이 붙임으로써, 반사되어 돌아온 전파의 미약한 신호가 내부 부품 이곳저곳을 거치지 않고, 최소단계로서 수신부에 도착토록 함으로써 신호 손실(signal loss)을 극소화시킨다는 점이지요. 그래서 이를 통해 수신감도를 최상으로 향상시킨다는 것입니다.

AESA 의 마지막 A 가 Array의 약자로서 안테나 용어이긴 하지만, 이건 레이다의 기본기능인 전파를 발생시켜 쏘고 그 반사파를 받아 신호처리를 하는, 레이다의 2대 기능을 근본적으로 바꾸는, 발상의 전환이 만들어낸 결과입니다. 그래서 단순히 안테나만의 혁명이라고 부를 수가 없는, 레이다 하드웨어 전체의 혁명이 되고 말았지요.


* T/R Module.

T/R 모듈은 크게 4가지 부분으로 구성되어 있지요. 각각 다음과 같은 역할을 합니다.

(1) Transmitter power-amplifer 기능
(2) Receiver front-end 기능
(3) Phase Shifter & Gain-controlled Amplifier 기능
(4) Control 기능

1번과 2 번은 위에서 말한 레이다 2대 기능의 근본적인 발상전환이 가져온 구성품이지요. 좀 더 설명을 하자면,
(1) 독립적으로 송신 출력을 만들어 내는 부분.
(2) 리시버로 수신된 신호를 보내기 위해서 리시버 프로택션 디바이스와 LNA(Low Noise Pre-Amplifier=리시버가 신호처리 가능토록 증폭하는 역할)을 하나로 통합한 것.
(3) ESA에서 빔을 방향을 조절하는 phase shifter 와 레이다의 운용조건(거리, 목표물 RCS 등)에 따라 수신된 반사파(echo)의 레벨을 조절, 리시버 신호처리의 효율을 높이는(=receiver dynamic range) Gain-controlled Amplifier 부분.
(4) T/R 모듈의 콘트롤을 담당하는 부분.

* Monolithic microwave integrated circuit(MMIC).

IC 회로(integrated circuit)은 "마이크로 칩(chip)"이라고도 부르지요. 여러분이 다 아는 것처럼, 조그만 기판에 수많은 전자소자를 집적시켜 만든 전자회로입니다. IC 회로는 Monolithic IC 하고 Hybrid IC 로 나누는데, 우리가 알고 있는 대부분의 IC 가 monolithic IC 입니다.
MMIC 는 일종의 고주파직접회로로서 능동소자인 고주파 트렌지스터와 수동소자인 저항, 인덕터 등을 하나의 회로기판 위에 일괄공정으로 제작하여 소형경량화와 생산부품수를 줄인 마이크로 칩입니다. 민수용으로는 휴대폰과 디지털 방송기기 등에 많이 사용되지요.

위에서 말한 T/R 모듈의 4대 기능을 하드웨어적으로 보면, 네 가지 칩(chip)으로 이루어져 있습니다. 3 개의 MMIC 칩하고 1개의 VLSI(Very Large Scale Integrated Circuit:초고밀도 직접회로) 칩하고.

MMICs
- High-power Amplifier(HPA)
- LNA plus protection circuit
- Variable gain-controlled Amplifier and variable phase shifter

VLSI
- Digital control circuit

아래 그림을 보면 쉽게 이해가 될 것입니다.

 

 

 

이상으로 41탄 AESA part 1.을 마칩니다. 다음 42탄 part. 2 에서는 AESA 가 왜 우수한가 하는 이유와 레이다 스텔스전에서 어떤 이점이 있는가, 그리고 세계의 주요 AESA 레이다에 대해서 살펴보겠습니다.
그림 이만...... .