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TWTA로 AESA를 구현?

볼츠만 2257

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제가 품고 있는 의문이자 질문입니다.

 

모두 능동위상배열레이더와 수동위상배열레이더의 차이를 대충 아실겁니다.

 

전자는 하기와 같이 T/R 소자 하나하나가 송신과 수신을 하는데 비해

 

 

aesa.jpg

 

 

Fig1. AESA 개념도

 

 

수동위상배열레이더는 수신 안테나 뒤에 위치한  전자장비 부분에서 진행파관등을 통해 레이더작동에 필요한 송,수신관련 고주파를 만듭니다.  그리고 이 에너지를 안테나 위상배열 구동부 즉, 위상쉬프트 모듈을 거쳐 맨앞에 안테나 위에 배열된 방사소자들에 전달하는 방식입니다.

 

http://img.bemil.chosun.com/nbrd/files/BEMIL086/upload/2005/04/AESA%20%B7%B9%C0%CC%B4%D9%BF%CD%20PESA%20%B7%B9%C0%CC%B4%D9%C0%C7%20%B1%B8%C1%B6%20%BA%F1%B1%B3.JPG

pesa.jpg

 

 

Fig2. PESA 개념도

 

그런데  여기서 제가 갖는 의문은 제 3의 구동방식이 성립될 수 있냐는 겁니다.

 

제가 왜 이런 의문을 갖게 됐냐면 기존 선배열 혹은 면배열 능동위상배열레이더는 소자 하나 하나가 수신과 송신을 하기 때문에 Trasmitter와 Receiver로 구성되어 있고 그래서 T/R 모듈이라고 불립니다. 그래서 위의 수동위상배열레이더는 Transmitter가 따로 큰 장치로 구성되어 있지요. Receiver도 마찬가지고요.

 

그렇지만 얼마전 접한 논문 때문에 의문에 빠졌는데 하기를 보시면요.

차기국지방공.png

gan.png

 

gan2.png

 

 

 

수동위상배열.png

 

 

 

차기국지 방공레이더의 구성품을 보면 그 자체가 전파를 쏘는 래디에이터가 존재하지 않는 SSPA 즉 반도체 방식 전력증폭기로만 존재합니다. 제가 아는 능동위상배열레이더의 상식으로선 당연히 소자하나 하나가 송신기/수신기 역할을 해야 하는데 말이죠.

 

결국은 다른 가능성. 수동위상배열레이더를 여러 개 겹친 형식이 아닐까 하는 결론에 도달하더군요, 그렇게 해도 능동위상배열레이더와 같은 성능과 능력을 구현할 수 있긴 합니다.

아래 그림처럼 말이죠. 안테나 일부만 사용하는 SSPA를 사용하는 수동위상배열레이더 모듈로 만들고 그런 모듈을 수십개로 구성하면 수십개채널로 이루어진 능동위상배열레이더와 기능상 같습니다.

 

 

third.png

 

Fig3. 제3의 구조

 

 

위방식대로 하면 저 모듈수만큼의 빔을 독립적으로 조향 및 세기조절이 가능합니다.

어차피 능동레이더도 T/R 모듈 수만큼 멀티빔을 구현하는게 현실적으로 불가능해 수십개정도의 채널정도로 제한되고 있어서 문제는 없을 것도 같고요.

 

그렇지만 의문점이 또 있네요.

 

왜 저런 비효율적인 구조를 가져야 했을까요? 그냥 전형적인 능동위상배열구조를 쓰면 공간적으로도 구성면에서 더 간단하고 더 효율적일텐데?

제가 생각하는 이유는 2가지정도네요.

 

1. 냉각문제

냉각문제일단모듈을 사용하면 매우 좁은 면에 발열모듈이 집약되어서 배열되고 여기다 냉각유로를 내는등 안테나자체에 냉각장치를 달아서 장치가 복잡해질 우려가 있습니다개발 동영상에서 봤듯이 안테나에서 가장눈에 띄는 장치는 냉각장치였죠. 그러나 저렇게로 트랜스미터를 따로 구성하여 사용한다면 안테나와 상관없는만 냉각하기 용이합니다

 

 2. 기존 레이더 안테나구조를 개량해 사용

기존 레이더 안테나구조를 개량해 사용예전에 들었던 내용인데 국지방공레이더는 윤영하급의 레이더인 수동형위상배열레이더의 개량형이라는 얘기를 들었던 것 같습니다즉 수동형 위상배열레이더의 안테나를 특별한 개조없이 능동형으로 개량할 수 있단 얘기지요

 

 

일단 여기까지가 제가 생각해온 추론이고 이게 과연 맞는가 하는 의문이 남네요.

관련 분야에 지식이 있으신 분의 얘기를 듣고 싶습니다.

 

PS 만약 저 3의 구조가 가능하다면 특별히 반도체 기술이 없어도 AESA구현이 가능하긴 합니다. TWTA로 작동하는 PESA모듈을 만든뒤 그것을 수십개로 배열해버리면 그게 AESA거든요.

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Sheldon 2015.11.15. 23:45
사진 저만 엑박인가요...?
볼츠만 글쓴이 2015.11.15. 23:49
Sheldon
수정했습니다.
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김민석(maxi) 2015.11.16. 09:31
함정에 사용되는 선 배열 위상배열 레이더의 경우 해당 방식을 쓰는 것들이 있지 않나요?
볼츠만 글쓴이 2015.11.16. 09:37
김민석(maxi)
선배열만 가능한건가요? 선배열이가능하다면 AESA도 가능하지 않을까요?
eceshim 2015.11.16. 12:51
국지 방공 레이더가 선배열이긴 한데 레이더 소자수가 적어서 의심이가서 논문을 찾아 봤습니다.
기억 나는건 국지방공레이더에 들어가는 대역의 SSPA 논문을 보면 SSPA를 cluster로 구성해서 전력을 뻥튀기 시키게끔 하고 끝단에 볼츠만님 말씀대로 PESA처럼 구동하는데요....
이 모듈 크기가 정말 큽니다. 제가 논문 올려 놓은게 있으니 한번 보시만 오홍 하실겁니다.
이걸 종으로 80단 정도 병렬 연결한거 같습니다. ㅇㅅㅇ;
볼츠만 글쓴이 2015.11.16. 12:56
eceshim
그럼 SSPA를 병렬이 아니라 직렬로 구성하고 BSC(beam steering controller)를 여러개 둔다는 얘긴가요?
eceshim 2015.11.16. 18:35
볼츠만
아마 그럴 겁니다 1W -> 4W 4개 -> 12W 8개 뭐 이런 식으로 주욱 연결해서 전력을 증폭한다고 블록다이어그램에 적어 놨더라구요
profile image
Sheldon 2015.11.16. 19:10
eceshim
SSPA 설계가 전력증폭기 여러 개를 직렬 연결해서 60W급으로 만든거고요, 이 SSPA들을 병렬 방식으로 연결해서 선배열 능동 위상배열 레이더를 만든 게 차기국지방공레이더입니다. 제가 아는 대로라면, 볼츠만 님 추측이 맞을 겁니다.

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