mecㆍviewer v1.4 :: [ETRI 보도자료] ETRI, 웨이비스와 에이사레이더 및 위성핵심부품 국산화 성공

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배포일자 : 2025.5.27.(화)				배포번호 : 2025-42호
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매수 : 보도자료 3매(참고자료 5매, 사진자료 5매)						배포처 : ETRI 홍보실

ETRI-웨이비스, 에이사 레이더 및 위성통신 핵심부품 국산화

- 수입 의존하던 질화갈륨 반도체 송·수신칩 자립화 이뤄

- 고성능·고효율 칩 개발 및 양산, 국방기술 견인 가능해

국내 연구진이 군수용 레이더 및 위성용 송수·신 모듈에 쓰이는 질화갈륨(GaN) 집적회로 국산화 기술을 개발했다. 이로써 군사용 레이더는 물론, 고해상도 영상레이더(SAR) 송수신 모듈의 핵심부품 국산화가 가능해져 국방기술 자립화에 큰 도움이 될 전망이다.

한국전자통신연구원(ETRI)은 ㈜웨이비스와 공동으로 군수용 레이더 및 고해상도 영상레이더(SAR)에 사용되는 핵심 부품인 질화갈륨(GaN) 기반 송수신 반도체 집적회로(MMIC)를 팹 기반 기술로 국내 최초로 개발했다.

그동안 전량 수입에 의존해오던 고성능 군수용 반도체 핵심 부품을 국내 기술로 개발하고, 국내 생산 시설에서 양산이 가능하도록 기반을 마련한 것이라 획기적인 연구개발의 성공으로 인식되고 있다.

이는 향후 국가 안보와 직결되는 국방기술 자립화 및 수출 규제 대응에 큰 도움이 될 전망이다.

이번 연구는 국가과학기술연구회(NST)의 창의형 융합연구사업의 일환으로 지난 2023년부터 추진되었다. 이를 통해 ETRI가 보유한 반도체 설계기술과 ㈜웨이비스의 생산 공정기술을 접목해 X-대역에서 동작하는 송수신 칩 3종을 개발하는 데 성공했다.

ETRI는 이번 개발된 주요 부품으로 ▲전력증폭기(PA) ▲저잡음증폭기(LNA) ▲스위치(SW) 집적회로 등을 들었다.

이는 해외 파운드리 선도국인 미국이나 유럽의 상용제품과 동등한 성능 수준이며, 국내 유일의 질화갈륨 양산 팹 시설을 이용한 최초 결과물로서 의미가 크다.

이번에 개발된 질화갈륨 MMIC는 기존 갈륨비소(GaAs) 기반 제품보다 더 높은 출력과 효율을 제공해 특히 능동위상배열(AESA) 레이더 등 군용 및 위성통신용 레이더의 성능을 획기적으로 개선할 수 있을 것으로 기대된다.

특히, 능동위상배열(AESA) 레이더는 전자적으로 빔을 조종해 빠르게 목표물을 탐지하고 추적할 수 있는 최신 레이더 기술이다. 여러 개의 송수신 장치가 집합된 안테나로 구성된다.

이 안테나 안에는 송신 신호를 증폭하는 전력증폭기, 수신 신호를 깨끗하게 받기 위한 저잡음증폭기, 송수신 전환을 담당하는 스위치가 하나의 모듈에 집적된다.

아울러, 고해상도 영상레이더(SAR)에도 유사한 방식의 송수신 모듈이 탑재되며, 질화갈륨 반도체는 고출력, 고효율의 특성을 바탕으로 기기 소형화와 성능 향상에 크게 기여한다.

따라서 이번 연구진에 의해 개발된 핵심부품들은 향후 우리나라 국방(X-대역 군용) 및 선박, 위성통신 레이더의 성능을 높이는데 크게 기여하고 핵심기술 자립화에 큰 도움이 될 것으로 보인다.

ETRI는 지난 2020년‘DMC 융합연구단’을 통해 질화갈륨 반도체 기술의 기초 연구성과를 축적해왔다. 이번 성과는 그 후속연구로 ㈜웨이비스와 협력하여 국내 양산 기술과 연계한 것이다.

ETRI RF/전력부품연구실 임종원 박사는“ETRI의 설계 기술과 ㈜웨이비스의 공정기술을 접목해 고성능 송수신 칩 3종을 국내 최초로 개발했다. 이번 기술이 군수용 레이더 및 위성 핵심 부품의 국산화에 이바지하길 기대한다”고 밝혔다.

㈜웨이비스 최윤호 CTO도“질화갈륨 반도체 양산이 가능한 국내 인프라를 바탕으로 군수용 핵심 부품을 자립화할 수 있는 기반을 마련했다. 향후 안정적인 시스템 개발과 실전 배치에 큰 도움이 될 것이다”고 말했다.

한편, 연구진은 이번 기술을 기반으로 그동안 해외 제품에 의존해오던 군수 분야 반도체 부품의 기술 자립화를 가속화하고 있으며, 현재 ㈜웨이비스와의 설계기술 이전도 완료해 상용화를 본격 추진할 계획이다.

연구진은 그동안 AESA 레이더 송·수신기용 질화갈륨 반도체 전력증폭기, 저잡음증폭기 및 스위치 집적회로 국산화를 비롯, 전력증폭기, 저잡음증폭기, 스위치 집적회로를 하나의 칩으로 집적한 레이더 송·수신기용 단일 칩 집적회로 개발 등을 연구, 성공한 바 있다.

본 성과는 국가과학기술연구회‘국방 AESA 레이더 및 SAR 위성용 핵심 반도체 부품 국내 파운드리를 위한 기술 고도화 및 국산화 양산 기술 개발’사업의 일환으로 개발되었다. 아울러 ETRI 기존 연구 성과에 대한 후속 연구를 수행하여 기술성숙도를 높이고 ㈜웨이비스 질화갈륨 반도체 파운드리 기술을 활용해 국방용 핵심 반도체 기술을 연구한 값진 융합연구 결과물이다. <보도자료 본문 끝>

용어설명

1) 질화갈륨(GaN) : 고전압·고출력 특성을 지닌 화합물 반도체로, 고주파·고출력 부품에 적합하여 군용 레이더, 전력전자, 통신 장비 등에 활용된다.

2) 고해상도 영상레이더(SAR) : 합성개구레이더(Synthetic Aperture Radar)는 전파를 이용해 지형이나 구조물을 영상으로 구현하는 기술로, 기상이나 주야 구분 없이 정밀한 지상 관측이 가능하다.

3) 송수신 반도체 집적회로(MMIC, Monolithic Microwave Integrated Circuit) : 고주파용 능동·수동 소자를 단일 기판 위에 집적한 송수신용 고주파 반도체 칩이다.

4) X-대역 : 주로 레이더와 위성통신에 사용되는 8~12GHz의 고주파 대역으로, 군사 및 항공우주 분야에서 널리 활용된다.

5) 전력증폭기(PA) : 송신 신호의 세기를 높여 안테나로 출력하는 고출력 증폭기로, 레이더 및 통신장비의 송신 성능을 좌우하는 핵심 부품이다.

6) 저잡음증폭기(LNA) : 수신 신호의 품질을 유지하기 위해 잡음을 최소화하여 미약한 신호를 증폭하는 회로로, 수신 성능을 결정짓는 중요 요소다.

7) 스위치(SW) : 송수신 회로 간 신호 경로를 전환하는 소자로, 고주파 회로에서 송신과 수신을 빠르게 전환하는 기능을 수행한다.

8) 갈륨비소(GaAs) : 전통적으로 고주파 반도체에 사용되는 화합물 소재로, 질화갈륨(GaN)에 비해 출력과 효율에서 상대적으로 낮은 성능을 가진다.

9) 능동위상배열(AESA, Active Electronically Scanned Array) 레이더 : 수백 개 송수신 모듈로 구성된 안테나를 통해 전자적으로 빔을 조향하는 최신 레이더 기술이다.

참고1

X-대역 GaN 전력증폭기, 저잡음증폭기, 스위치 집적회로

[X-대역 GaN 전력증폭기 집적회로 칩] (왼쪽)

[X-대역 GaN 저잡음증폭기 집적회로 칩] (가운데)

[X-대역 GaN 스위치 집적회로 칩] (오른쪽)

참고2

연구개발 배경 및 필요성

참고3

X-대역 GaN 전력증폭기, 저잡음증폭기, 스위치 집적회로 기술 비교

	세계적 수준 (미국/유럽 등)	본 성과
전력증폭기 출력(W)	> 30	> 30
전력증폭기 효율(%)	> 45	> 45
저잡음증폭기 잡음지수(dB)	< 1.6	< 1.4
스위치 삽입손실(dB)	< 0.9	< 0.7
스위치 격리도(dB)	> 30	> 30

[보충자료 1, 2, 3 참고]

참고4

㈜웨이비스 질화갈륨 무선주파수 반도체 양산 팹 시설

참고5

GaN 집적회로 시장동향

보충1

X-대역 GaN 전력증폭기 집적회로 기술 비교

Technology	Freq (GHz)	Pout (dBm)	PAE (%)	Gain (dB)	Chip size (mm2)	Power density (W/mm)	Power per Area (W/mm2)	Vdd (V)	Pulse/Duty (ms/%)	Ref.
0.25 mm GaN	8.8 ~ 10.2	44.5	36	26	5.5 ´ 4	2.936	1.281	30	100/30	2016 [1]
0.25 mm GaN	8.5 ~ 10.2	42.5	43	35	4.12 ´ 1.86	3.233	2.32	25	10/10	2023 [2]
0.25 mm GaN	8.5 ~ 10.5	45	48	N/A	3.5 ´ 3.2	5.989	2.823	28	100/10	2023 [3]
0.15 mm GaN	7.9 ~ 8.4	48.8	52	37.5	5.62 ´ 6	3.95	2.249	26	CW/100	2024 [4]
0.15 mm GaN	8.5 ~ 11	42.5	55	27	3.78 ´ 1.3	3,618	3.704	20	100/10	2024 [5]
0.2 mm GaN	8.5 ~ 10.5	45.3	47	23.5	3 ´ 3	5.294	3.764	28	100/10	본 성과

REFERENCES

Sara D’Angelo, Andrea Biondi, Francesco Scappaviva, Davide Resca, and Antonio Monaco, “A GaN MMIC Chipset suitable for integration in future X-band spaceborne radar T/R module Frontends,” International Conference on Microwave, Radar and Wirlesess Communcations, June 2016.

Ahmad Ghanaatian, Adib Abrishamifar, Abdolreza Rahmati, and Amirreza Alizadeh, “A 15-W X-Band Inverse Class-F GaN Power Amplifier With Second-Harmonic Input Tuning,” IEEE Microwave and Wireless Technology Letters, pp.1317-1320, September 2023.

DianTang Ma, Hao Liu, Jing Zhang, BoWen Sun, and Jia Cao, “X-Band 25 W High PAE Power Amplifier MMIIC with Second Harmonic Suppression for Radar Network Application,” International Conference on Computer and Communications, pp.113-117, December 2023.

Bo Zhao, “A 3-stage, 51% PAE, high Linearity, 70W X-Band GaN MMIC Power Amplifier,” IEEE Texas Symposium on wireless and Microwave Circuits and Systems, August 2024.

YounSub Noh, DongSeok Kim, SungJae Chang, HyunWook Jung, and JongWon Lim, “X-band GaN Power Amplifier MMIC Design and Radiation Evaluation for Space Applications,” IEEE International Conference on Consumer Electronics-Asia, November 2024.

보충2

X-대역 GaN 저잡음증폭기 집적회로 기술 비교

주파수 (GHz)	이득 (dB)	잡음지수 (dB)	칩 크기 (mm2)	Ref.
7.4 ~ 11.4	23	1.6	3.0 × 2.02	2016 [1]
8 ~ 11	> 16.8	< 1.7	2.8 × 2.3	2020 [2]
9 ~ 10	11.4	< 2.1	4.3 × 3.2	2024 [3]
9 ~ 10	18.75	< 1.6	2.46 × 1.79	2023 [4]
9 ~ 10	> 23.2	< 1.4	1.85 × 1.5	본 성과

REFERENCES

[1] Sara D’Angelo, Andrea Biondi, Francesco Scappaviva, Davide Resca, and Antonio Monaco, “A GaN MMIC Chipset suitable for integration in future X-band spaceborne radar T/R module Frontends,” International Conference on Microwave, Radar and Wirlesess Communcations, June 2016.

[2] Salahuddin Zafar, Sinan Osmanoglu, Mustafa Ozturk, Busra Cankaya, Dogan Yilmaz, AhsanUllah Kashif, and Ekmel Ozbay, “GaN based LNA MMICs for X-Band Applications,” in International Bhurban Conference on Applied Sciences and Technology, pp. 699-702, March 2020.

[3] Pritam Kumar Sinha, Umakant Goyal, and Dr. Meena Mishra, “X-band Monolithic GaN HEMT LNA based on Indigenous Process,” in IEEE Electron Devices Technology & Manufacturing Conference, March 2024.

[4] Ekta Saini, Santanu Sinha, and Punam Pradeep Kumar, “High performance GaN LNA for space based radar front-end,” in IEEE Microwave, Antennas, and Propagation Conference, Dec. 2024.

보충3

X-대역 GaN 스위치 집적회로 기술 비교

주파수 (GHz)	삽입손실 (dB)	격리도 (dB)	내압 (dBm)	칩 크기 (mm2)	Ref.
8.4 ~ 10.6	< 1.1	> 20	> 42	3.0 × 1.5	2016 [1]
DC ~ 12	< 1.2	> 30	> 40	3.0 × 3.0	2019 [2]
8 ~ 12	< 1.3	> 25	> 41.8	2.76 × 1.36	2021 [3]
9 ~ 11	< 0.85	> 25	> 42	1.3 × 1.79	2023 [4]
9 ~ 10	< 0.7	> 31.5	> 45.2	1.5 × 1.31	본 성과

REFERENCES

[2] Sinan Osmanoglu, Ekmel Ozbay, “X-band High Power GaN SPDT MMIC RF Switches,” in European Microwave Conference in Central Europe, pp. 83-86, May 2019.

[3] Muhammad Assad, Ali Imran Najam, and Hammad M. Cheema, “GaN based High Power SPDT Switch for Single Chip X-Band T/R Module Front-end,” in International Conference on Micowave, Antenna & Circuits, Dec. 2021.

[4] Ekta Saini, Santanu Sinha, and Punam Pradeep Kumar, “High performance GaN LNA for space based radar front-end,” in IEEE Microwave, Antennas, and Propagation Conference, Dec. 2024.