한국과학기술원(KAIST)은 김정원 기계항공공학부 교수 연구팀이 광섬유 광학기술을 이용해 초저잡음 마이크로파 주파수 합성기를 개발했다고 18일 밝혔다.

레이더는 자율주행 자동차, 기상관측, 천문연구, 항공관제, 군용탐지 등에서 광범위하게 활용된다. 고성능 레이더의 속도 탐지, 이미지 분해능 개선, 통신·신호처리 능력 향상을 위해서는 레이더 송신 신호 위상잡음(phase noise)을 낮춰야 한다. 변조 성능 역시 좋아야 한다.

그러나 위상잡음이 낮은 마이크로파 주파수 합성기는 고가일 뿐 아니라 수출승인 품목으로 자국 밖 수출이 금지되거나 특별 허가를 받아야 하는 경우가 많다.

김정원 교수 연구팀은 부품 신뢰성·가격 경쟁력을 확보한 광섬유 광학 기술과 상용 디지털신디사이저(DDS) 부품을 이용했다.

김 교수팀 주파수 합성기는 펄스 형태의 빛을 생성한다. 이때 펄스 시간 간격을 매우 일정하게 만들어 오차를 1초 동안 1 펨토초(1000조분의 1초)로 제한했다. 이 빛 펄스를 일정한 형태의 전기 신호로 변환한다.

이번 연구에선 초고감도 X 밴드(8∼12㎓) 마이크로파 대역에서 동작하는 주파수 합성기를 구현했다. 마이크로파는 주파수가 매우 높은 전자파를 뜻한다. X 밴드는 고고도미사일방어체계(사드·THAAD) 레이더를 비롯해 우주 통신 분야에서 그 중요성이 커지고 있다.

김 교수 기술은 기존 최고성능 오븐제어 수정발진기 기반 주파수 합성기보다 우수한 성능을 보였다. 전자전이나 레이더 시스템에서 중요하게 여겨지는 주파수 변환 속도도 빨랐다. 다양하게 주파수를 변조할 수도 있다.

기존 마이크로파 주파수 합성기와 달리 매우 낮은 잡음의 광신호 또한 함께 생성할 수 있다는 장점도 있다.

김정원 교수는 "저잡음 광신호를 이용하면 레이더 수신기에서 이전엔 없던 새로운 신호 분석 기능을 제공할 수 있다"며 "드론 같은 소형·저속 물체에 대한 민감한 탐지에도 활용 가능할 것"이라고 말했다.

연구는 한국연구재단 중견연구자지원사업 지원을 받아 수행했다. 권도현 박사과정이 1저자로 참여한 논문은 '포토닉스 리서치'(Photonics Research)에 실렸다.