잡음 잡고 가격 낮춘 '마이크로파 합성기'

KAIST(총장 신성철)가 광섬유를 이용해 신호 잡음을 줄인 마이크로파 주파수 합성기를 개발했다. 레이더를 비롯해 통신, 센서, 정밀계측 등 다양한 분야에 활용할 수 있을 것으로 기대된다.

KAIST는 김정원 기계항공공학부 교수팀이 광섬유룰 이용한 광학 기술로 위상 잡음을 줄인 X밴드 레이더용 마이크로파 주파수 합성기를 구현했다고 18일 밝혔다.

광섬유광학 기반 X-밴드 레이더 신호원의 개념도

주파수 합성기는 일정한 간격의 주파수 단위로 개별 주파수를 만드는 장치다. 레이더 내에서 탐지에 필요한 송신 신호를 생성하는 역할을 한다.

레이더의 탐지 기능 및 분해능 개선, 신호 처리 능력 향상을 위한 필수 조건은 낮은 송신 신호 위상 잡음이다. 위상 잡음은 이상형의 주파수 신호에서 벗어난 신호다. 이것이 커지면 그만큼 탐지 정확도가 떨어진다.

연구팀은 광섬유를 주파수 신호원으로 활용, 위상 잡음이 낮은 주파수 합성기를 만들었다.

KAIST개 개발한 주파수 합성기의 위상잡음 측정 결과 및 기존의 최고성능 주파수 합성기들과의 성능 비교

광섬유 레이저 기술로 오차가 1초 동안 1펨초토(1000조분의 1초)에 불과한 빛 신호를 생성할 수 있게 했다. 정확도는 전기 신호 변환 후에도 유지된다.

이렇게 만들어진 주파수 합성기의 위상 잡음은 크리스털발진기(OCXO) 기반 주파수 합성기의 10분의 1 수준이다. OCXO 주파수 합성기는 현재 상용화된 것 가운데 성능이 가장 좋은 주파수 합성기로 평가된다.

연구팀은 새로운 주파수 합성기가 빠른 주파수 변환 속도, 다양한 주파수 변조 기능, 잡음이 적은 광신호 생성 기능을 갖춰 새로운 신호 분석도 가능하다고 설명했다. 광섬유 가격이 저렴, 가격 경쟁력 또한 높다.

김정원 KAIST 교수(왼쪽), 권도현 박사과정

여러 분야에의 활용도도 높다. 이번에 선보인 것은 고고도미사일방어체계(THAAD·사드) 레이더, 우주 통신 분야에 쓰이는 X밴드(8~12㎓) 용이지만 같은 원리를 이용해 다양한 대역의 초저 잡음 신호를 생성·활용할 수 있다.

김 교수는 “이번 연구에서는 X밴드 신호원을 활용했지만 고주파 대역의 초저 잡음 신호도 생성할 수 있다”면서 “드론과 같이 작고 느린 물체도 민감하게 탐지에 활용할 수 있다”고 설명했다.

대전=김영준기자 kyj85@etnews.com

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