위상배열 안테나Phased Array Antenna

한마디로 말하면

예전에는 위성과 통신하려면 커다란 접시 모양 안테나가 위성을 따라 고개를 직접 돌려야 했어요. 하지만 위상배열 안테나는 안테나 몸체는 가만히 둔 채 전파의 방향만 전자식으로 바꾸는 평평한 안테나예요. 피자 상자처럼 납작하게 생겨서 '평판 안테나'라고도 불러요.

어떤 원리일까요?

평평한 판 위에는 손톱만 한 작은 안테나 소자(부품)가 수백 개에서 수천 개씩 바둑판처럼 촘촘히 박혀 있어요. 이 작은 안테나들이 동시에 전파를 쏘는데, 전파를 내보내는 시간 차이를 아주 미세하게 조절해요. 이를 과학 용어로 '위상(파동의 타이밍)을 조절한다'고 해요.

왼쪽 안테나부터 오른쪽 안테나까지 아주 짧은 시간 간격을 두고 차례대로 전파를 쏘면, 전파들이 공중에서 합쳐지면서 오른쪽 대각선 방향으로 강한 전파 줄기(빔)가 만들어져요. 시간 차이를 반대로 주면 전파 줄기가 왼쪽으로 꺾이지요. 모터로 무거운 안테나를 돌리는 대신 컴퓨터로 시간 차이만 바꾸기 때문에, 눈 깜짝할 새보다 수천 배 빠른 속도로 방향을 바꿀 수 있어요.

생활 속에서 비유하면

운동장에서 수백 명의 학생이 길게 한 줄로 서서 파도타기 응원을 하는 모습을 떠올려 보세요. 모두가 똑같은 순간에 손을 들면 파도가 앞으로 똑바로 나아가는 것처럼 보여요.

하지만 왼쪽 끝 학생부터 오른쪽으로 조금씩 시간 차이를 두고 손을 들면, 파도가 옆으로 비스듬히 흘러가지요. 사람들은 제자리에 가만히 서서 손 드는 타이밍만 바꿨을 뿐인데 파도의 방향이 달라지는 것, 이것이 바로 위상배열 안테나의 원리예요.

왜 중요할까요?

지구에서 가까운 저궤도(고도 2,000km 이하) 위성은 초속 약 7~8km라는 엄청난 빠르기로 하늘을 지나가요. 서울에서 부산까지 1분 안에 가는 속도여서, 위성 한 대가 머리 위를 지나가는 시간은 몇 분밖에 되지 않아요.

인터넷이 끊기지 않으려면 방금 지나간 위성에서 다음 위성으로 전파를 즉시 옮겨 타야 해요. 위상배열 안테나는 빠르게 지나가는 여러 대의 저궤도 위성을 동시에 따라잡을 수 있어서 스타링크 같은 우주 인터넷 시대를 여는 핵심 기술이 되었답니다. 또한 구름을 뚫고 지구를 관측하는 레이더 위성(SAR)에서도 전파를 정밀하게 쏘기 위해 이 안테나를 써요.