국방 반도체 팹리스 전문기업 파라피에이는 X-band 송수신 모듈(TRM)의 핵심 부품인 15W급 질화갈륨(GaN) 전력증폭기 마이크로파 집적회로(MMIC)와 2단 자기바이어스 갈륨비소(GaAs) 저잡음(LNA) MMIC를 순수 국산기술로 자체개발했다고 15일 밝혔다.

TRM은 능동전자주사배열(AESA) 레이다를 구성하는 수천 개의 안테나 소자 각각에 연결돼 신호를 송신·수신하는 핵심 모듈이다. TRM의 송신 경로에는 신호를 증폭해 안테나로 내보내는 전력증폭기(HPA) MMIC가, 수신 경로에는 미약한 수신 신호를 잡음을 최소화하며 증폭하는 LNA MMIC가 탑재된다.

이 두 종류의 MMIC는 TRM의 출력과 감도, 나아가 레이다 전체의 탐지 거리와 효율을 좌우하는 가장 중요한 반도체 부품으로, 그동안 U사의 제품이 우리나라를 포함한 전 세계 시장에서 널리 채용돼 왓다.

특히 전력증폭기는 GaN, 저잡음증폭기는 GaAs 등 서로 다른 화합물 반도체 공정을 사용해 각각 최고의 성능을 구현해야 한다. 또한 고출력에 따른 방열·효율 문제와 극도로 낮은 잡음지수를 동시에 만족시켜야 하기 때문에 매우 높은 설계 난이도를 갖는 기술 영역이다.

파라피에이가 이번에 개발한 X-band TRM용 전력증폭기 MMIC는 GaN HEMT 공정 기반의 15W급 고출력 증폭기로, U사의 기준제품과 호환되도록 설계돼 기존 시스템에 별도의 회로 변경 없이 그대로 대체 적용할 수 있다. 

가장 주목할 성과는 전력증폭기의 가장 중요한 제원인 전력부가효율(PAE) 성능이다. 효율은 TRM 의 발열과 소비전력, 그리고 레이다 시스템 전체의 냉각 부담과 직결되는 핵심 지표로, 이번에 개발된 MMIC는 동일 출력 조건에서 U사 기준제품 대비 약 40%에서 45%로 크게 개선된 결과를 얻었다. 이는 출력과 이득 등 여타 주요 제원이 경쟁 제품과 동등한 수준을 유지하면서 이루어낸 결과로, 순수 국산 설계기술의 경쟁력을 입증하는 성과다.

함께 개발된 LNA MMIC는 GaAs pHEMT 공정 기반의 2단 구조로, 낮은 잡음지수와 충분한 이득을 동시에 확보했다. 이 제품 역시 U사 경쟁 제품과 핀투핀(pin-to-pin)으로 호환된다.

이 LNA 의 가장 큰 강점은 자기 바이어스 설계를 적용했다는 점이다. 일반적인 GaAs LNA는 정상 동작을 위해 음(−)의 게이트 전압과 양의 드레인 전압을 별도로 인가해야 하고, 전원 인가 순서(sequencing)까지 관리해야 하는 번거로움이 있다. 

반면 파라피에이의 자기바이어스 LNA는 단일 전원만 인가하면 곧바로 동작하므로, 별도의 음전압 생성 회로나 바이어스 시퀀싱 회로가 필요 없다. 이는 TRM 및 시스템 설계를 크게 단순화하고 부품 수와 비용을 줄여 주는 매우 간편한 응용성을 제공한다.

관련기사

파라피에이 대표이사인 양영구 교수는 "FEM에 이어 TRM의 심장에 해당하는 전력증폭기와 LNA까지 국산 설계기술로 확보함으로써, 송수신단 핵심 반도체의 완전한 국산화에 한걸음 더 다가섰다"며 "이로써 X-band 대역의 주요 제품군을 모두 갖춘 완성된 라인업을 확보하게 됐다"고 밝혔다.

양 교수는 이어 "특히 가장 중요한 제원인 효율에서 세계적인 경쟁 제품을 앞선 것은 우리의 설계 역량을 보여 주는 성과라고 판단한다"며 "Ku- 및 Ka-대역으로 제품군을 확장하여 국방 우주 반도체 기술 자립에 기여하겠다"고 강조했다.