KAIST, 초저잡음 마이크로파 주파수 합성기 개발

머니투데이

대전=허재구 기자

카이스트(KAIST) 기계항공공학부 김정원 교수 연구팀은 광섬유 광학 기술을 이용, X-밴드 레이더에 활용할 수 있는 '초저잡음 마이크로파 주파수 합성기'를 개발했다고 18일 밝혔다.

이번 기술은 레이더 뿐 아니라 통신, 센서, 정밀계측 등 다양한 분야에서 활용 가능하고 기술이전을 통한 국산화도 가능할 것으로 기대된다.

연구진에 따르면 고성능 레이더 내에서의 속도 탐지 및 이미지 분해능 개선, 통신 및 신호처리 능력 향상을 위해서는 레이더 송신신호의 위상잡음(phase noise)을 낮추는 것이 필수적이다.

10-GHz에서의 위상잡음 측정 결과와 기존의 최고성능 주파수 합성기들과의 성능 비교./자료제공=KAIST

하지만 위상잡음이 낮은 마이크로파 주파수 합성기는 고가일 뿐더러 수출승인(EL) 품목으로 수출이 금지되거나 특별 허가를 받아야 하는 경우가 많다.

연구팀은 이 같은 문제를 고려해 고가의 재료나 실험실 밖 환경에서 사용이 어려운 기술 없이도 부품의 신뢰성과 가격경쟁력이 확보된 광섬유광학 기술과 상용 디지털신디사이저(DDS) 부품만을 이용했다.

이를 통해 매우 우수한 위상잡음 수준을 가지며 주파수 스위칭 및 다양한 변조가 가능한 마이크로파 주파수 합성기를 개발한 것.

이 주파수 합성기는 광섬유 레이저 기술을 이용해 펄스(pulse) 형태의 빛을 생성한다.

이 때 빛 펄스 간의 시간 간격을 매우 일정하게 만들어 1초 동안 1 펨토초(1천조분의 1초)라는 아주 작은 시간의 오차를 갖는 빛 펄스들을 생성했다.

이번 연구에서는 또 여러 가능한 주파수 대역들 중 최근 이슈가 된 사드(THAAD) 레이더를 비롯한 고성능 레이더와 우주 통신 분야에서 그 중요성이 커지는 X-밴드(8-12 GHz) 마이크로파 주파수 대역에서 동작하는 주파수 합성기도 구현했다.

이번 기술은 기존 최고 성능 오븐제어 수정발진기(OCXO) 기반 주파수 합성기들의 위상잡음보다 월등하게 우수한 성능을 보였다.

또 전자전(electronic warfare) 및 레이더 시스템에서 중요하게 여겨지는 빠른 주파수 변환 속도와 다양한 주파수 변조 기능 역시 가능함을 선보였다.

김정원 교수는 "이 연구에서는 X-밴드 신호원을 선보였지만 같은 원리를 활용하면 고주파 대역의 초저잡음 신호도 생성할 수 있다" 며 "드론처럼 소형, 저속 물체들에 대한 민감한 탐지에도 활용 가능할 것"이라고 말했다.

한편 한국연구재단 중견연구자지원사업의 지원을 받아 수행된 이번 연구논문은 '포토닉스 리서치' 1월 호에 게재됐다.