차세대 기상 레이더를 위한 GaN 반도체형 기술

이상 기후 현상과 기후 변화로 인해 신뢰할 수 있는 기상 예보의 중요성이 그 어느 때보다 커지고 있습니다. 이에 맞춰 기상 레이더 기술은 빠르게 변화하고 있습니다.

차세대 기상 레이더는 기존 레이더 시스템의 한계를 뛰어넘어, 더 넓은 범위의 데이터를 빠르고 정확하게 수집할 수 있도록 설계되고 있습니다.

기상 레이더 제조업체들은 신호를 발생하기 위해 주로 마그네트론(Magnetron) 기술을 사용해왔습니다. 제2차 세계 대전부터 사용되어온 마그네트론 부품은 비용이 저렴하지만, 짧은 수명, 불안정성, 낮은 정확도 등 여러 단점을 지니고 있습니다.

이를 극복하기 위해 질화 갈륨 (GaN) 기술이 차세대 기상 레이더의 핵심적인 구성 요소로 각광받고 있으며, 마그네트론을 사용한 레이더에 비해 뛰어난 성능과 안정성을 자랑합니다.

현대 기상 레이더 시스템 개요

현대의 기상 레이더 장비는 도플러 효과를 활용하여, 강수량의 속도, 강도, 그리고 유형 (비, 눈, 우박 등)을 측정하는 정교한 시스템입니다. 기상 레이더는 무선주파수 신호를 대기 중으로 송출하고, 대기 중의 입자에 반사되어 돌아오는 신호를 분석하는 데 사용됩니다.

기상 시스템에서 사용되는 레이더 시스템의 두 가지 유형은 다음과 같습니다:

마그네트론 기반 레이더: 전통적인 레이더 시스템의 핵심으로, 높은 최대 출력이 특징이지만 낮은 듀티 사이클을 가집니다.

반도체 기반 레이더: 반도체 기술을 사용하는 최신식 방식으로, 비교적 낮은 출력에서 작동하지만 더 높은 듀티 사이클을 유지할 수 있습니다.

반도체 기반 레이더 중에서도 GaN 기술은 높은 신뢰성과 긴 수명, 그리고 높은 성능을 자랑하며, 차세대 기상 레이더의 중심 기술로 자리잡고 있습니다.

Advantages of GaN Solid-State Technology over Magnetrons 

1. 높은 펄스 반복 주기와 듀티 사이클

GaN 반도체형 부품은 마그네트론보다 더 높은 펄스 반복 주기(PRF)와 듀티 사이클을 제공합니다. 이는 레이더가 더욱 자주 데이터를 수집할 수 있게 하여, 실시간에 가깝게 기상 변화를 감지하고 예측할 수 있게끔 합니다.

2. 빔포밍 및 위상 배열 능력

GaN 반도체형 부품은 빔포밍과 위상 배열(Phased Array) 기능을 제공합니다. 이를 통해 더욱 넓은 영역을 한번에 스캔할 수 있으며, 더욱 정확하게 기상을 관측할 수 있습니다.

3. 개선된 신호 정밀도와 잡음 감소

GaN 반도체형 부품은 신호 정밀도를 높이고 잡음(Nosie)을 줄이는 데 매우 효과적입니다. 이는 레이더가 더 정확한 데이터를 수집할 수 있도록 하며, 작은 기상 변화나 미세한 목표물까지도 정확하게 탐지할 수 있게 합니다.이를 통해 더욱 정확한 기상 정보를 제공할 수 있으며, 재해를 빠른 시간 내 예측할 수 있습니다.

4. 높은 신뢰성과 긴 수명

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.

차세대 기상 레이더를 위한 RFHIC의 GaN 반도체형 제품

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

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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