차세대 ATC 레이더를 위한 GaN 반도체형 기술

항공 교통 관제(ATC) 레이더는 공역 내 항공기를 감지하고 추적하여, 안전하고 효율적인 항공 교통 관리를 가능하게 만드는 레이더입니다.
기존 ATC 레이더 시스템은 신호를 발생시키기 위해 마그네트론 부품을 주로 사용해 왔습니다. 마그네트론 부품은 비용이 저렴하지만 신뢰성과 성능이 떨어지고, 시간이 지날수록 운영 비용이 증가한다는 단점이 있습니다.
최근 ATC 레이더 제조업체들은 이를 보완하기 위해 기존 레이더 시스템 내 마그네트론을 GaN 반도체형 부품으로 교체하거나, GaN 반도체형 부품으로 새로운 시스템을 제조하고 있습니다.

GaN 기술은 마그네트론에 비해 신뢰성, 정밀도, 수명 등 여러 방면에서 장점을 가지고 있으며, 차세대 ATC 레이더의 핵심 부품으로 각광받고 있습니다.

 

ATC 레이더 시스템 개요

ATC 레이더 시스템은 두 가지 주요 유형으로 나뉩니다:

1차 감시 레이더(PSR): PSR 시스템은 전파를 항공기의 표면에 반사시켜 항공기를 감지하고 추적합니다. 해당 레이더는 항공기의 거리 및 방향 정보를 제공하며, 트랜스폰더가 없는 항공기까지 포함하여 지정된 공역 내의 모든 항공기를 감시하는 데 사용됩니다.

2차 감시 레이더(SSR): SSR 시스템은 항공기에 장착된 트랜스폰더와 상호작용을 하며 작동합니다. SSR 시스템에서 송신된 레이더 신호가 항공기 내 트랜스폰더에 닿으면, 해당 트랜스폰더는 항공기 정보 및 고도 수치가 담긴 신호를 SSR 시스템으로 송신하는 방식입니다. SSR 시스템은 PSR에 비해 더욱 정밀한 데이터를 제공하며, 높은 밀도의 공역 관리에 필수적입니다.

PSR 및 SSR 시스템 모두 장거리 감지를 위해 필요한 높은 출력의 펄스를 생성할 수 있는 마그네트론 송신기를 사용해 왔습니다. 그러나 최근 들어 GaN 반도체형 송신기와 전력 증폭기가 뛰어난 성능과 운영상 장점 덕분에 더 많이 사용되고 있는 추세입니다.

 

GaN 반도체형 기술의 장점

  1. 높은 신뢰성과 낮은 유지보수 비용

GaN 반도체형 부품 (전력 증폭기, 송신기)은 높은 내구성과 긴 수명을 자랑합니다. 마그네트론은 시간이 지남에 따라 성능이 저하되고, 수명이 최대 5,000 시간밖에 되지 않아 잦은 교체가 필요합니다. 반면에 GaN 반도체형 부품은 수명이 최대 100,000 시간에 달하며, 장시간 사용 이후에도 성능이 안정적으로 유지됩니다. 이를 통해 유지보수 비용을 줄이고, 시스템의 가동 시간을 극대화할 수 있습니다.

  1. 향상된 신호 안정성과 정확성

마그네트론 기반 시스템은 주파수 표류와 위상 잡음에 취약하며, 이로 인해 신호의 정확성이 낮은 편입니다. 특히 먼 거리에 있거나 악천후를 겪는 항공기를 추적하는 데 큰 어려움이 발생할 수 있습니다.

GaN 반도체형 부품은 특유의 주파수 안정성을 통해 레이더 신호의 정확성을 크게 향상시킵니다. 이를 통해 악천후 속에서도 더욱 정밀하게 항공기를 추적할 수 있으며, 항공기 간 안전 간격을 효과적으로 유지할 수 있습니다.

  1. 높은 듀티 사이클

GaN 반도체형 부품은 마그네트론보다 더 높은 듀티 사이클을 제공합니다. 이는 레이더가 더 자주 데이터를 수집할 수 있게 하여, 실시간에 가까운 항공기의 경로 변화를 모니터링하고 예측하는 데 도움이 됩니다. 이를 통해 더욱 안전하고 효율적으로 항공 교통을 관리할 수 있습니다.  

  1. 낮은 전력 소비

GaN 반도체형 부품은 마그네트론에 비해 전력 효율이 높습니다. 마그네트론의 최대 출력은 높은 편이지만, 낮은 전력 효율로 인해 많은 열과 전력 손실을 발생시킵니다. GaN 반도체형 부품은 높은 전력 효율을 통해 전력 소비를 줄일 뿐만 아니라, 발생하는 열을 줄여 냉각 시스템의 요구 사항을 최적화합니다.

  1. 높은 시스템 유연성

레이더 시스템 내 GaN 반도체형 부품은 손쉽게 교체될 수 있으며, 여러 대를 결합하여 더욱 높은 출력을 내는 데 사용될 수 있습니다. 이는 ATC 레이더 시스템을 더욱 빠르고 효율적으로 개선하는 데 기여합니다. 반면, 마그네트론 시스템은 부품 교체 시 큰 비용과 긴 시간이 소요됩니다.

 

ATC 레이더 시스템을 위한 RFHIC의 GaN 반도체형 부품

RFHIC는 ATC 레이더의 핵심 부품인 송신기와 전력 증폭기를 제조하고 있습니다. 당사의 GaN 기술로 설계되고 제작된 해당 제품들은 L-band, S-band 및 X-band에서 작동하며, 더욱 효율적이고 성능이 높은 ATC 레이더를 제작하는 데 안성맞춤입니다.

L-Band

Part Number

 Type Min Freq. [MHz] Max Freq. [MHz] Output Power [W] Gain [dB] Duty Cycle
[%]

Pulse Width [us]
RRK102010K-550 Transmitter 1,000 2,000 10,000 55 15 100
RRP1214550-14 Power Amplifier 1,200 1,400 550 14 15 500
RRP131K0-10 Power Amplifier 1,200 1,400 1,200 54 20 500

 

S-Band

Part Number

 Type Min Freq. [MHz] Max Freq. [MHz] Output Power [W] Gain [dB] Duty Cycle
[%]

Pulse Width [us]
RRP27312K5-30 Power Amplifier 2,700 3,100 2,800 30 10 100
RRT273115K-690 Transmitter 2,700 3,100 15,000 72 10 100
RRP27371K5-30 Power Amplifier 2,700 3,700 1,500 30.7 10 200

 

C-Band

Part Number

 Type Min Freq. [MHz] Max Freq. [MHz] Output Power [W] Gain [dB] Duty Cycle
[%]

Pulse Width [us]
RFMR57-CTRM-020SP-500A-SM Transmit & Receive Module 5,400 5,900 20 40 10 50
RRP54591K2-42 Power Amplifier 5,400 5,900 1,200 42 10 100
RRK56578K5-790 Transmitter 5,600 5,700 8,500 79 10 100

 

X-Band

Part Number

 Type Min Freq. [MHz] Max Freq. [MHz] Output Power [W] Gain [dB] Duty Cycle
[%]

Pulse Width [us]
RRT901005K0-570 Transmiter 9,000 10,000 5,000 57 10 100
RRT9397400-560 Power Amplifier 9,300 9,700 400 54 10 100
RRP9596500-55 Power Amplifier 9,500 9,600 500 55 10 100

 

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