전자 파괴 전자전 시스템을 위한 고출력 RF 증폭기 개발 - 2021.03.11

WARDEN 프로젝트는 적 전자 부품을 비활성화 또는 손상시키기에 충분한 전력을 생성하는 고전력 마이크로파 증폭기를 개발하고자 한다.

 

(고출력 전자기파 운용 컨셉)

 

미 육군은 적 전자 장비를 손상시키거나 고장내기에 충분한 전자기 복사를 생성할 수 있는 고전력의 마이크로파 증폭기 개발을 요청하고 있다.

 

미국 DARPA(Defense Advanced Research Projects Agency)의 관계자는 WARDEN(Waveform-Agile RF Directed Energy) 프로젝트에 대한 발표를 했다.

WARDEN 프로젝트는 적의 전자 부품과 회로를 비활성화 또는 손상시키기에 충분한 전자기 방사를 생성하는 고전력 마이크로파 증폭기를 개발하려는 것이다.

이 프로젝트는 또한 어떤 경계나 개구 형상, 케이블 진입 점과 같은 의도하지 않은 경로를 통해 복잡한 경계 내의 전자기 복사 커플링을 설명할 수 있는 이론과 모델을 개발하고 적의 전자장비 손상을 초래할 수 있는 민첩한 파형 기법을 개발하는 것이다.

민첩한 파형(Agile waveform)이란 시간을 기준으로 한 주파수, 신호 세기 그리고 펄스폭이 변조된 신호이며 이를 통해 복잡한 경계 내에 최대한의 커플링을 만들고 전자장비 내부에 최적의 방해 효과를 만들어 내는 신호이다.

 

WARDEN 전자전 프로그램은 세 가지 기술 범주를 가지고 있다.

(1) 고출력 마이크로 진행파(traveling-wave) 증폭기 개발

(2) 전자기 응답의 빠른 평가와 수치 생성 (RANGER, Rapid Assessment and Numerical Generation of Electronic Response)

(3) 민첩한 파형(Agile Waveform) 개발

 

고출력 마이크로 진행파 증폭기와 민첩한 파형 부분은 비밀사항이고 RANGER 부분은 비밀사항은 아니라고 한다. 

 

고출력 마이크로파 시스템은 전자기 복사를 이용하여 전자기기 부품이나 회로를 비활성 또는 손상시키는 RF 지향 에너지 무기이다.

고출력 마이크로파 시스템의 장점은 긴 스탠드 오프 거리에서 넓은 영역에 대한 효과, 불리한 환경 조건에서의 운용 그리고 빛의 속도로 교전할 수 있다는 것이다.

 

전자기 복사는 표적의 대역 내에서 안테나와 같은 의도된 경로를 통해 커플링 할 수 있다. 이것을 프론트 도어(Front-Door) 전자기 공격이라고 부른다.

이러한 시스템은 또한 표적의 대역 내에서 경계점이나 개구 형상, 케이블 진입 점등과 같은 의도하지 않은 경로를 통해 커플링 할 수 있는데 이를 백 도어(Back-Door) 전자기 공격이라고 부른다.

오늘날의 고출력 마이크로파 시스템은 RF 소스로서 일반적으로 발진기(oscillator)를 사용하는데 이는 주파수 튜닝이 쉽지 않고 전력 결합을 위해 필요한 위상 코히런스(일관성)가 부족하다. 

 

프런트 도어 시스템은 가장 긴 거리 범위를 갖지만 그 효과는 특정 표적을 대상으로만 제한된다.

백 도어 시스템은 다양한 표적에 효과적이지만 주파수 조정 기능의 부족으로 전자기 커플링 비효율성에 의해 거리가 제한된다.

광대역의 고출력 증폭기와 결합된 민첩한 파형은 적에게 백 도어 전자기 공격이 더욱 효과적이게 만들며 고출력 마이크로파 무기 시스템의 효과와 거리를 증가시켜 준다.

 

WARDEN 프로그램은 백 도어 공격을 위한 고출력 증폭기를 개발하여 다양한 유형에 적용할 수 있는 유연한 기술을 개발하고자 한다.

 

발진기와 달리 광대역 증폭기는 적당한 주파수 튜닝으로도 커플링 주파수를 개선하여 목표 전자장비 내에 최대의 전자기 커플링을 초래할 수 있을 만큼 민첩하다.  

광대역 증폭기는 또한 파형 변조가 가능하여 적 전자기기를 더욱 취약하게 만들 수 있다.

이러한 효과가 더해져 백 도어 고출력 마이크로 지향성 에너지 무기의 거리를 더욱 증가시킨다.

 

그러나 고출력의 광대역 증폭기는 이득과 주파수의 불안정성과 발진하기 쉬운 문제로 인해 개발하는 데에 매우 어려움이 있다.

입/출력 커플러와 고출력 진공 윈도우 또한 문제가 될 수 있다.

 

복잡한 경계 내에서의 물리적인 전자기 커플링과 내부 전자기기와의 상호작용 이해를 통해 백 도어 고출력 마이크로파 공격의 효과를 개선시킬 수 있다.

 

여기서 가장 큰 도전 과제는 다양한 크기와 재질 특성을 갖는 큰 구조에 대한 전자기파 상호 작용을 시뮬레이션할 수 있는 유용한 시간 축에서의 수학적 모델을 개발하는 것이다.  

민첩한 파형을 개발하는 데 있어 가장 중요한 도전 과제는 전자기기에 고출력 마이크로파 효과를 예측할 수 있는 물리 기반의 계산적 툴을 개발하는 것이다. 

 

WARDEN은 3단계로 되어 있는 4년의 프로그램이며 최대 파워와 평균 파워 제어를 사용하는 광대역의 고출력 마이크로 증폭기를 데모하는 것이다.

여기에는 광대역 입력과 출력 커플러 설계, 광대역 진공 윈도우 설계  그리고 방열 설계가 포함된다.

이 프로젝트는 또한 복잡한 경계 내의 민첩한 전자기 파형 커플링과 내부 전기장의 공간적인 분배를 빠르게 예측할 수 있는 물리 기반의 모델을 개발하는 것이다.

 

DARPA는 WARDEN 프로그램 4년 동안 5100만 달러가 소요될 것으로 예측하고 있다.

 

출처 : Military & Aerospace Electronics