광대역 이중 편파 시뉴어스 안테나(DPSA)구현에 관한 연구

Abstract

레이더(RADAR: RAdio Detecting And Ranging)는 적의 비행체나 목표물의 거리를 추적하기 위해 고주파(RF: Radio Frequency) 신호를 사용하여 목표물에 신호를 방사한 후 반사된 신호를 수집, 측정함으로써 목표물의 방위, 거리와 같은 위치정보를 추출하는 전통적인 무기체계이다. 반면에 전자전(EW: Electronic Warfare) 수신기의 경우 적의 레이더에서 방사하는 신호를 수집, 분석하여 위협을 탐지하고 방향정보를 포함한 식별결과를 운용자에게 경보하거나, 대응책을 이용하여 적을 교란하기 위한 기초 신호수집을 목적으로 한다. 레이더가 비행체나 목표물을 획득하는데 있어, 자신의 고주파 신호를 상대의 전자전 수신기에 낮은 포착 확률을 유지하면서 임무를 수행하는 것은 전통적으로 정보감시정찰(ISR: Intelligence, Surveillance and Reconnaissance)/전자전(EW)에서 중요하게 고려되어온 중요한 무기체계의 대전자전(ECCM: Electronic Counter Counter Measures) 기술적 접근 방법 중의 하나이다. 반면에 전자전 수신기는 레이더의 대전자전을 고려하여 높은 포착확률로 전자전 임무를 수행 가능하여야 한다. 레이더의 대전자전 방법 중의 하나로 안테나의 편파특성을 변경하는 것이 있다. 이러한 레이더에 대해 대응하기 위한 수단으로 전자전 수신기는 자체의 수신감도를 높이는 방법이 있고, 전자전 수신기의 안테나의 자체 이득 특성이나 편파특성을 정합하여 신호 포착확률을 높일 수 있다. 수신감도를 높이거나 안테나의 이득 향상은 모든 전자전 센서에서 개발 초기부터 완료시기까지 시스템 최적화 설계를 통해 제한적으로 달성된다. 만일, 전자전 수신기에서 수신감도가 최적화 되어있다고 가정한다면, 레이더 송신안테나(좌향 회전 편파특성)와 전자전(EW) 수신기 안테나(우향 회전 편파특성) 간 약 20dB 이상의 편파특성 부정합으로 인한 신호 포착확률 저하를 예상할 수 있다. 이에 따라, 전자전 수신기에서는 자체 수신감도 향상뿐만 아니라 안테나 편파특성 부정합으로 인한 수신감도 저하를 완벽히 극복하기 위해 광대역 DPSA와 같은 신기술을 개발하여 적용하는 것은 반드시 고려되어야 한다. 본 논문에서는 전자전 수신기 핵심 구성품으로 사용되고 있는 스파이럴 안테나(spiral antenna)를 대체 가능한 광대역 Dual Polarized Sinuous Antenna (DPSA) 구현 및 적용 방안에 대해 연구하였다. 현대에는 무기체계 개발, 핵심기술 개발, 운용환경 모의 및 종합군수지원(ILS: Integrated Logistics Support)에 이르기까지 시스템 엔지니어링과 정교한 모델링 및 시뮬레이션이 보편화 되고 산업 전반에 걸쳐 적극 활용되고 있는 추세이다. 본 논문에서도 이론적 배경을 근거로 안테나를 설계하고 자유공간상에서 전기적 성능을 입증하기 위해 모델링 및 시뮬레이션(Modeling and Simulation)을 적극 활용하였고 가상 비행체에 안테나를 장착하고 실제 무기체계에 적용을 고려한 DPSA의 장착성 모델링 및 시뮬레이션을 수행하여 설계 적합성을 검증하였다. 또한, 기존 레이더경보수신기(RWR)에 구현되어 있는 스파이럴 안테나를 대체하기 위해서 추가로 고려해야할 설계사항도 검토하였다. 향후, 국내기술로 광대역 DPSA를 구현하고 개발된 안테나를 레이더경보수신기(RWR) 및 전자정보(ELINT) 수신기, 전자지원(ESM) 수신기와 같은 전자전(EW) 분야에 적용함으로서 전자전 무기체계 발전 및 성능 업그레이드가 될 수 있기를 기대해 본다.