- 첨단 전자식 위성추적 기술로 항해중인 선박에서
다양한 멀티미디어 통신 서비스 제공 -

선박에 탑재하여 해상 운항 중에도 영상·음성 전화, 화상회의, 대화형 원격교육, 원격의료, 원격제어·감시, 인터넷 접속 등을 즐길 수 있게 하는 전자식 위성 송·수신 안테나 시스템이 국내 연구진에 의해 개발되었다.

한국전자통신연구원(ETRI, www.etri.re.kr) 위성통신안테나연구팀(팀장 전순익)은 과학기술부와 민군겸용기술센터가 지원하는 민군겸용 기술개발사업인 통신용 광대역 적응형 안테나 기술개발 과제의 일환으로, 지난 1998년 12월부터 올해 7월까지, 3년 8개월간의 연구 끝에 X대역(군사용 주파수로 7GHz∼8GHz 대역)의 선박용 전자식 위성 송·수신 안테나 시스템 기술을 개발, 이의 시제품을 발표하였다.

기존의 전자식 능동 안테나 기술이 수신만 가능하던 것에 비해, 국내 최초로 위성으로의 송신 기능까지 갖추었으며, 전자적 위성추적의 각도 범위도 기존의 상하 ±10°에서 상하 ±35°로 크게 높인 점이 본 기술의 특징이다.

본 시스템은 무궁화 5호 위성이 발사되는 2005년부터 무궁화 5호 위성을 활용해 운영되며, 인도양에서 하와이까지의 넓은 지역에, 영상·음성 전화, 화상회의, 대화형 원격교육, 원격의료, 원격제어·감시, 인터넷 접속, 날씨·기상 정보방송, 기타 검색형·요구형 서비스 등의 다양한 통신 서비스를 제공하게 된다.

본부에서 위성을 통해 군함들을 원격으로 감시, 제어하고 전투상황, 작전 지시 등을 멀티미디어로 끊김 없이 주고받으려면, 군함의 위성안테나가 36,000km 떨어진 인공위성을 정확히 겨냥하고 있어야 하는데, 파도에 의해 상·하·좌·우로 크게 요동하는 선박 위에서는, 고도의 정밀도와 함께 안테나 방향을 순식간에 위성 위치에 맞추는 기능이 갖춰져야 가능한 일이다.

ETRI가 국내에서 처음으로 개발한 선박용 전자식 위성 송·수신 안테나 시스템은, ETRI가 세계 최초로 개발한 송·수신 겸용 안테나 소자를 위상 배열한 형태로서, 송신 소자와 수신 소자를 따로 사용해야 하는 기존 방식에 비해 2배의 통신성능을 갖는다.

또한 적응형 안테나 빔 형성 기술에 의한 전자적 위성 추적기능으로 어떤 요동에도 위성을 정확히 겨냥할 수 있어, 선박 요동에 의한 신호 감쇄를 5배 개선시켰다.

전자적 위성 추적이 가능한 각도 범위도 독자 개발한 위성추적 알고리즘으로 크게 넓혀, 기존의 전자식 위성안테나의 3배 이상인 ±35° 수준으로 높였다(광역 스캐닝).

ETRI의 X대역 선박용 전자식 위성 송·수신 안테나 시스템 기술은 군(軍) 함정의 이동 위성통신에는 직접 활용이 가능하며, 향후 초고주파 반도체(MMIC) 기술을 응용한 경량화 등의 연구가 이루어지게 되면 비행기, 차량, 유람선 등 거의 모든 이동체에 탑재·사용할 수 있게 된다.

서비스 범위도 넓어서, 무궁화 5호 위성(2005년 발사예정)의 위성전파 영역인 인도양에서 하와이까지의 넓은 영역에서 항해하는 선박들에게 영상·음성 전화, 화상회의, 대화형 원격교육, 원격의료, 원격제어·감시, 인터넷 접속, 날씨·기상 정보방송, 기타 검색형·요구형 서비스 등의 통신 서비스를 제공할 수 있다.

ETRI의 선박용 전자식 위성 송·수신 안테나 시스템은 X대역(군사용 주파수로 7GHz∼8GHz 대역)을 사용하도록 개발되었기 때문에, X대역 중계기가 설치될 무궁화 위성 5호기가 발사되는 2005년 이후부터 활용될 전망이다.

ETRI 위성통신안테나연구팀장 전순익 박사는, "기존의 기계적 안테나에 비해 어떤 해상 조건에서도 고속 위성추적 성능으로 양질의 위성통신 서비스 제공이 가능하다"며, "반도체 기술로 훨씬 경량화하여 2005년부터 상용화되면, 미래 사이버 전장을 지배하는 우리 나라 대양(大洋) 해군(海軍)의 중심축 역할을 하게 될 것"이라고 말했다.

[용어설명]

● 위상배열 안테나

다수의 고정된 안테나 소자와 공간상의 주어진 각도로 빔을 주사하기 위한 가변 위상 및 시간 지연 제어기 그리고 이와 결합된 급전선으로 이루어진다. 그리고, 또 여기에 빔 패턴을 변화시키기 위하여 가변 진폭 제어기가 추가되기도 한다. 배열은 그들의 부엽 수준이나 방사 패턴의 형태를 제어하기 위해 구현되지만, 배열을 사용하는 궁극적인 목적은 빔의 방향을 전기적으로 조정하기 위함이다.

● 안테나 이득

안테나 이득은 안테나의 지향성에 안테나 방사효율을 곱한 값으로 실질적인 안테나의 지향 방향에서 전파 전력을 받아들이거나 방출하는 능력의 세기를 의미한다.

● 지향성

안테나의 방사패턴이 특정 방향으로 얼마나 더 많이 쏠리느냐를 나타내는 지표이다. 인공위성통신의 경우는 철저히 점(point)대 점(point) 간의 통신이므로 지향성이 매우 높아야 한다.

● MMIC(Monolithic Microwave Integrated Circuit)

Silicon 혹은 GaAs 류의 기판 위에 반도체 소자와 함께 각종 수동소자, 부품들을 한꺼번에 찍어낸 회로를 말한다. MMIC는 설계가 까다롭고 제작기간이 매우 길다는 단점이 있지만, 안정적인 대량생산이 가능하고 저전력, 작은 크기, 가벼운 무게로 인해 매우 광범위하게 사용된다. MMIC는 보통 amp 하나, mixer 하나 또는 2~3개 회로의 조합으로 만들어진 단품을 의미한다.