0. 목차
- '안테나 시스템'이란?
- '위성 안테나 시스템' 산업
- '위성 안테나 시스템'의 대표적인 안테나
- '위성 안테나 시스템' 주요 기술
- 한국의 '위성 안테나 시스템'
- '위성 안테나 시스템' 관련 기업
1. '안테나 시스템'이란?
'안테나 시스템(Antenna System)'은 '전기적인 신호'를 '전파(Rado Wave)'로 바꾸어 주거나 반대로 '전파(Rado Wave)'를 '전기적인 신호'로 바꾸어주는 장치이다. 즉, 통신기기 혹은 시스템들 간의 무선접속을 위해, '전기적인 신호'를 '자유공간(공중)' 상에서 전자기파의 형태로 송수신하는 기능의 부품을 말한다.
이러한 '안테나 시스템(Antenna System)'은 제품의 형태에 따라 '위성 안테나(Satellite Antenna)', '기지국 안테나(Base Station Antenna)', '방송 안테나', '차량용 안테나', '스마트폰 안테나' 등으로 분류된다. 이 중 '위성 안테나 시스템'은 위성산업의 필수 부품으로, 일반적으로 고효율의 '파라볼라 안테나(Parabolic Antenna)'가 사용되고 있으나, 통신 서비스에 따란 '혼 안테나(Horn Antenna)', '배열 안테나(Array Antenna)', '헬리컬 안테나(Helical Antenna)', '비콘 안테나(Bicone Antenna)', '비콘 트래킹 안테나(Beacon Tracking Antenna)' 등을 사용하고 있다.
| 품목 | 대표 안테나 종류 |
| 위성 안테나 |
파라볼라 안테나(Parabolic Antenna) |
| 혼 안테나(Horn Antenna) | |
| 배열 안테나(Array Antenna) | |
| 헬리컬 안테나(Helical Antenna) | |
| 비콘 안테나(Bicone Antenna) | |
| 비콘 트래킹 안테나(Beacon Tracking Antenna) | |
| 기지국 안테나 |
옴니 안테나(Omni Antenna) |
| 섹터 안테나(Sector Antenna) | |
| 복편파 안테나(Double Polarized Antenna) | |
| 방송 안테나 |
파라볼라 안테나(Parabolic Antenna) |
| 야기-우다 안테나(Yagi–Uda Antenna) | |
| 차량용 안테나 |
글라스 안테나(Glass Antenna) |
| 샤크 핀 안테나(Shark Fin Antenna) | |
| 글라스 안테나(Glass Antenna) | |
| 스마트폰 안테나 |
MIMO 안테나(Multiple-Input Multiple-Output Antenna) |
| PIFA 안테나(Planar Inverted F-type Antenna) | |
| 스몰 루프 안테나(Small Loop Antenna) | |
| 칩 안테나(Chip Antenna) | |
| SMD 안테나(Surface Mounted Device Antenna)' |
- 위성 안테나: '위성 안테나'는 위성을 추적하기 위한 정교한 제어기술 개발을 위해 위성 안테나와 위성간의 통신은 외란의 영향 등에 대응하고 양호한 수신 상태 유지와 위성을 추적하기 위한 기술이다.
- 기지국 안테나: '기지국 안테나'는 데이터의 고속화에 따라 '다중 입출력(MIMO: Multiple-Input Multiple-Output)' 등 스마트 안테나 기술이 적용되고 있다.
- 방송 안테나: '방송 안테나'는 위성방송 수신용 안테나라고도 하며, 전기적인 신호를 전파로 바꾸어주거나 그 반대로 전파를 전기적인 신호로 바꾸어 주는 기능을 수행하는 장치 기술이다.
- 차량용 안테나: '차량용 안테나'는 충격에 약해 내구성이 떨어지고, 외부로 돌출되어 있어 차량 디자인 측면에서 문제점을 가지고 있다. 또한 안테나 형상을 견고하게 만들거나 플라스틱 케이스를 제작해야 하는 등 추가적인 비용을 필요로 한다.
- 스마트폰 안테나: '스마트폰 안테나'는 다수의 안테나와 지능적인 신호 처리 알고리즘을 통해 안테나 시스템의 성능과 용량을 늘릴 수 있도록 하는 기술이다.
1-1. 위성 안테나(Satellite Antenna)
'위성 안테나(Satellite Antenna)'는 초기에는 수신만 가능한 단방향 통신에서 송수신이 가능한 양방향 통신으로 발전하고 고정형에서 이동형으로 발전하고 있다. 또한 안테나의 크기는 점차 줄어들고 사용 가능한 대역폭은 넓어지는 추세로 발전하고 있다. 사용 주파수도 'C밴드(4~6GHz)'에서 'Ku밴드(11~14GHz)'로 높은 주파수 대역을 사용하고 있으나, 최근에는 좀 더 높은 주파수인 'Ka밴드(20~40GHz)'로 진화하고 있다.
위성통신을 하기 위해서는 지상의 지구국과 우주 공간에 있는 위성 간에 전파로 연결되어야 한다. 지구국 안테나의 경우, 직경은 수m~20m 정도를 사용해서 지상에서 높은 전력으로 위성을 향해 전파를 송신하고, 우주 공간의 안테나는 수신된 전파 신호를 중계기로 증폭하여 다시 지상을 향해 송신하는 것이 '위성통신' 및 '위성방송'의 원리이다. 따라서 '위성 안테나 시스템(Satellite Antenna System)'은 '위성체', '지상장비'에 각각 위치하여야 한다. 아래의 그림은 '위성 통신(SATCOM: Satellite Communication)' 및 '위성 안테나 시스템(Satellite Antenna System)'의 구성이다.
2. '위성 안테나 시스템' 산업
'위성 안테나 시스템(Satellite Antenna System)' 산업을 포함하고 있는 위성 산업은 '위성체 제작', '지상장비', '발사 서비스', '위성 활용 서비스'를 포함하고 있다. 또한 '위성 안테나 시스템(Satellite Antenna System)' 산업은 융복합 기술 산업으로 '기계', '재료', '전자', 'IT' 등의 결합은 물론 인공위성 운용을 통해 확보되는 정보를 바탕으로, 다양한 서비스 산업 창출을 가능케 하는 산업이다. 아울러 정부가 주도하여 '수요 창출', '예산 확보', '기술 개발' 등을 추진해야 하는 산업이다. 미국, 유럽 등은 국가용·상업용으로 안정적이며 규모 있는 위성 수요를 바탕으로 1970년대부터 축적하여 온 기술과 인력 체계를 공고히 해오고 있고, '연구', '개발', '시험', '운영', '위성 서비스' 등의 일괄 체계를 구축하고 있다.
'위성 안테나 시스템(Satellite Antenna System)'의 제조 산업은 '전기 전자'와 '기계' 분야를 '후방 산업'으로, '우주항공' 및 '방송 서비스'를 '전방 산업'으로 두고 있으며, 특히 디지털 방송의 보급과 함께 수요도 증가하고 있다. 국내 안테나 전문 업체가 위성 안테나를 새로 개발하여 우주급의 세계적인 수준에 도달하기 위해서는 초기 많은 투자가 필요하고 지속적인 성능 개선 노력이 필요하다. 또한 전체적인 국내 시장 규모가 크지 않기 때문에 대기업의 참여는 거의 없는 상황이며, 대부분의 국내 관련 업체는 중소·중견 기업인 실정이다.
| 산업 구조 | 내용 |
| 후방산업 | 반사판, LNB/BUC, 페데스탈(받침대), '위성 추적 장치(Satellite Tracking Device)', 레이돔(Radome), '동축 케이블(Coaxial Cable)' 등의 부품 |
| 위성 안테나 시스템 | 위성 안테나 장치, 신호 및 데이터 처리 |
| 전방산업 | '위치정보(GPS, 내비게이션 등)', '위성 영상, 기상정보, 환경오염 및 재해재난 관측 서비스 등 |
2-1. '위성 통신 안테나' 산업 특징
'위성 안테나 시스템(Satellite Antenna System)'을 포함하고 있는 위성 제조 산업은 정부가 주도하여 '수요 창출', '예산 확보', '기술 개발' 등을 추진해야 하는 산업으로, 타 산업과는 달리 민간 자체적으로 산업이 활성화되거나 육성되기 어려운 산업 영역이다. '위성 안테나 시스템' 산업은 많은 연구 개발 비용과 고급 연구인력 및 숙련된 기술자가 투입되어야 하는 최첨단 연구 집약형 산업이다. 제품에 대한 수요자가 한정되어 있으며, 개발·생산 제품도 표준화되어 있지 않고, 수요자의 요구 조건에 의존하는 특성이 있는 산업이다.
'위성통신' 및 '위성통신 안테나' 산업 특징은 '기술집약적 산업', '고부가가치 산업', '지속적인 성장', '경제적 파급효과', '국가전략 산업' 등으로 요약할 수 있다.
| 세부기술 | 내용 |
| 기술집약적 산업 | 항공우주 및 통신기술, 제조기술이 융합된 산업 |
| 지속적인 원천기술 개발과 이를 위한 우수한 연구 인력을 필요로 하는 산업 | |
| 고부가가치 산업 | 관련 기술 개발을 통한 국가 기술 경쟁력의 제고에도 크게 기여하는 산업 |
| 지속적인 성장 | '현대사회의 글로벌화', '데이터의 중요성', '통신에 대한 고객 수준의 고도화' 등 다양한 기능을 구현하기 위해 미래에도 지속적인 성장을 기대하게 하는 산업 |
| 경제적 파급효과 | 공동 R&D 기관들의 고용인력 및 매출을 증대 |
| 물품 제조를 위해 부품 공급사와 협업을 이루어 협력사의 매출을 증대 | |
| 제조를 위한 생산 인력 고용은 지역 경제 발전에 기여 | |
| 국가전략 산업 | 항공 우주 및 통신 산업, 고도의 H/W 기술과 S/W 기술을 요구하는 산업 |
| 국가의 미래육성 산업기술 정책에 부합하는 산업 | |
| 국가 경쟁력 강화 차원에서 국가의 안보 및 국방의 중추 산업 |
3. '위성 안테나 시스템'의 대표적인 안테나
'위성 안테나(Satellite Antenna)'의 대표적인 안테나는 '파라볼라 안테나(Parabolic Antenna)'로 '접시 안테나'라고 불리기도 한다. 오목거울 모양의 반사경을 사용하여 포물면의 축에 평행으로 입사된 모든 전파를 포물면에서 반사시켜 초점에 모이도록 만든 후, 그 초점에 전파를 포착하는 장치인 'LNB(Low-Noise Block Downconverter)'를 설치하여 고효율로 전파를 수신하는 안테나이다. 'LNB(Low-Noise Block Downconverter)'란 안테나 입력신호를 증폭하고, 주파수 하향 변환시키는 모듈이다.
'파라볼라 안테나(Parabolic Antenna)'의 종류에는 '프론트 피드 안테나(Front feed Antenna)', '옵셋 피드 안테나(Offset feed Antenna)', '카세그레인 안테나(Cassegrain Antenna)', '그레고리안 안테나(Gregorian Antenna)'가 있다.
- 프론트 피드 안테나(Center Feed Antenna): 반사판이 정원형인 '프론트 피드 안테나(Center Feed Antenna)'의 경우, 초점이 접시의 중심에 형성된다. 이곳에 LNB를 위치시키면, 아주 높은 효율로 전파를 수신할 수 있고, 설치하기 쉬우며, 위성을 향해 방향을 맞추기가 쉽다는 장점이 있다.
- 옵셋 피드 안테나(Offset Feed Antenna): 반사판이 달걀모양의 타원형 구조를 가지는 '옵셋 피드 안테나(Offset Feed Antenna)'의 경우, 접점이 접시의 중심에서 세로축의 하부 방향으로 '옵셋 앵글(Offset Angle)'만큼 벗어나게 된다. LNB를 이곳에 위치시켜 전파를 접속하면, 안테나 면에 입사되는 전파를 모두 모을 수 있다.
- 카세그레인 안테나(Cassegrain Antenna): '카세그레인식 망원경(Cassegrain Telescope)'을 원리를 이용하여 '주반사판(Main Reflector)'과 '부반사판(Sub Reflector)'으로 안테나를 구성할 수 있다. '카세그레인형 안테나'는 '부반사판'을 볼록형으로 사용한 것으로, 뒷방향이나 측면으로의 누설이 작고 '급전선(Feeder)'의 길이가 짧다.
- 그레고리안 안테나(Gregorian Antenna): '카세그레인 안테나(Cassegrain Antenna)'의 '부반사판(Sub Reflector)'이 위성 신호를 가로막고 있기 때문에, 부반사판은 주반사경에 비해 가능한 작게 만들어야 한다. 그러나 부반사판은 신호 파장의 최소 5배 이상은 되어야 역할을 함에 따라, 주로 '상향 지구국'이나 '케이블 TV 헤드엔드'와 같이 대형 안테나를 필요로 하는 곳에 사용된다.
4. '위성 안테나 시스템' 주요 기술
'위성 안테나 시스템'은 '위성 안테나 기술(Satellite Antenna Technology)'과 '신호 및 데이터 처리 기술(Signal and Data Processing Technology)'로 구분된다. '위성 안테나 기술'은 '위성 안테나 자동화 기술', '다중빔 안테나 수신 기술'로 구분되고, '신호 및 데이터 처리 기술'은 '위성 데이터 활용 기술', '데이터 스위칭 기술', '기상 영향 저감 기술'로 구분된다.
'위성 안테나 시스템' 분야에서 '위성 안테나 자동화 기술'이 가장 경쟁이 치열한 분야이다. 이외에도 '다중빔 안테나 수신 기술'과 '데이터 스위칭 기술'이 경쟁이 활발한 분야이다. 한편, '신호 및 데이터 처리 기술' 분야 중 '기상 영향 저감 기술'이 상대적으로 출원이 활발하지 않은 공백 기술 분야로 조사되었다.
| 요소기술 | 분류 | 내용 |
| 위성 안테나 자동화 기술 | 위성 안테나 기술 | 다중위성 '자동 추적', '프로그램 추적', '수동 추적' 알고리즘 설계 및 시스템 통합 및 시스템 통합 및 시험에 관한 기술 |
| 다중빔 안테나 수신 기술 | 위성 안테나 기술 | 빔 간섭 제거기술, 위성 접속 스케쥴링 기술, 빔별 전력 제어 기술, 다중위성 시분할 수신 및 동시수신 관련 기술 |
| 위성 데이터 활용 기술 | 신호 및 데이터 처리 기술 | 위성수신 데이터별 처리, 복수 데이터 융합·보정·변화 탐지에 관한 기술 |
| 데이터 스위칭 기술 | 신호 및 데이터 처리 기술 | 다중 위성 수신 스케줄러, 위성 영상별 카탈로그 생성, 위성 영상자료 정합 및 데이터 융합처리에 관한 기술 |
| 기상 영향 저감 기술 | 신호 및 데이터 처리 기술 | 기상 영향 저감, 신호 감쇠 모델링, 주파수별 요구가용도 성능 구현을 위한 신호 감쇠 저감 및 검증에 관한 기술 |
4-1. 위성 안테나 자동화 기술
'위성 안테나 자동화 기술'은 인공위성의 비약적인 증가 및 임무 다양화에 대응하기 위한 기술로, 하나의 안테나를 이용하여 다수의 위성을 자동으로 추적할 수 있는 알고리즘 및 프로그램 기술이다. '위성 안테나 자동화 기술'에는 '위성항법 자동추적 소형 안테나 기술'과 '멀티 위성 오토 트래킹 위성 안테나 기술'이 필요하다.
최근 시장에서는 이동체에서도 '무선 인터넷 서비스' 및 '양방향 고화질의 멀티미디어', '방송 시스템' 에 대한 요구가 증가하고 있다. 그래서 이를 만족시키기 위한 기술 개발에 많은 관심이 집중되고 있다. 지상파 위주의 초고속 이동통신방송 기술은 '서비스 제공 지역'에 한계가 있지만, '위성 통신(SATCOM: Satellite Communication)'은 전국을 대상으로 정지 상태나 이동 시에도 사용이 가능한 장점을 보유하고 있다. 다만, '위성 신호'는 '터널(Tunnel)', '빌딩(Building)'과 같은 '비가시선(N-LOS: Non-line of sight)' 지역에서 서비스 제공이 중단되는 단점이 있기 때문에, 기구축된 지상 무선 통신망을 활용하여 끊김 없는 서비스를 제공하기 위한 '위성·무선 연동 시스템 기술'이 '위성 안테나 자동화 기술'이다.
4-2. 다중빔 안테나 수신 기술
'다중빔 안테나 수신 기술'은 다양한 위성으로부터 신호를 간섭 없이 수신하는 기술이다. '다중 밴드(Multi Bands)'의 간섭을 제거하며, 각 빔 신호의 전력을 제어할 수 있는 기술이다. '다중빔 안테나 수신 기술'에는 빔 폭 변형이 가능한 '위성 안테나 시스템 기술'과 '이차원 멀티 빔 포밍 및 광각 구현 기술'이 필요하다.
고전송률 위성의 수요는 '인터넷'이나 '멀티미디어' 등의 광대역 서비스가 주요 시장이다. '다중 빔 위성'은 위성통신에서 중요한 자원 중의 하나인 '주파수 재사용 관점'에서 유리한 기술이다. '다중 빔 안테나'에서는 2개의 서브 주파수와 2개의 '편파(Polarization: RHCP and LHCP)'를 조합한 '4색 구성(4Color Scheme)'이 가장 효과적이다. 아래의 그림은 4색 구성을 이용한 유럽 지역의 '커버리지(Coverage)'를 보여주는 것으로, 동일한 색깔의 빔이 서로 떨어져 있어 서로 간섭을 일으키지 않게 서비스를 제공할 수 있다는 것을 보여준다. 해당 기술은 높은 전송속도와 신뢰성 있는 서비스를 향상시키는 기술이다.
5. 한국의 '위성 안테나 시스템'
2019년 기준, '위성 안테나 시스템(Satellite Antenna System)' 산업에서 국내와 해외 업체의 기술 개발 격차는 3년으로 추정된다. 국내 기술 개발 수준이 실험 단계에 있는 것과 달리, 해외 기술 개발 수준은 제품화 단계까지 도달하였다. 국내의 경우 아직까지 대기업에서 지상장비 분야 시장에 적극적으로 참여하고 있지 않은 상황으로 해외 시장 진출 정도는 매우 미약하다. 또한 국내에서 개발하는 위성의 수요가 작기 때문에 산업체 인력 및 기술의 유지 발전이 어려운 상황이다.
다만 '위성 안테나 자동화 기술'의 경우에는 국내 중소기업들의 특허활동이 상당 수준에 이르고 있다. 그러나 '위성 안테나 자동화 기술'을 제외한 '위성 안테나 시스템' 분야의 나머지 기술들의 영우에는 국내의 기술·시장 수준이 해외와 달리 아직 초기 단계에 머물고 있다. 다만, '위성 안테나 자동화 기술' 이외의 기술들의 경우에는 중소 벤처기업도 관련 연구개발을 통해 최종 수요자인 '위성통신' 또는 '위성방송' 관련 사업을 하고 있는 대기업과 국가에 납품할 가능성이 있는 것으로 파악된다. 따라서 중소기업은 향후 상대적으로 경쟁이 치열하지 않은 '기상 영향 저감 기술'과 국내 공공연구기관이 주도하고 있는 분야 외의 기술들을 연구개발하여 제품화하는 전략을 수립하는 것이 바람직할 것으로 생각된다. 국내 안테나 전문 업체가 '위성 안테나(Satellite Antenna)'를 새로 개발하여 우주급의 세계적인 수준에 도달하기 위해서는, 초기 많은 투자가 필요하고 지속적인 성능 개선 노력이 필요하다. 또한 국내 '위성 안테나' 수요가 적으므로, 국제 경쟁력을 갖추어 세계 시장 개척을 통한 공급량 증가가 필요할 것으로 판단된다.
국내 '위성 안테나 시스템(Satellite Antenna System)' 분야는 '기상청 국가기상위성센터', '카이스트 인공위성연구센터', '한국전자통신연구원(ETRI: Electronics and Telecommunications Research Institute)', '한국항공우주연구원(KARI: Korea Aerospace Research Institute)', '한국해양과학기술원(KIOST: Korea Institute of Ocean Science & Technology)', '서울대학교', '한국항공대학교' 등에서 주로 연구개발을 진행하고 있다. 한편, '한국항공우주산업 진흥 협회(KAIA: Korea Aerospace Association)'에서는 항공 우주 인재 교육원을 설립해, 항공우주 산업 및 지역별 특화 산업 현장의 요구사항을 반영한 Time to market 교육 및 훈련 프로그램을 기획하여 인재 양성을 하고 있다.
6. '위성 안테나 시스템' 관련 기업
해외 '위성 안테나(Satellite Antenna)' 분야 주요 제작 업체는 스페인의 'RYMSA', 스웨덴의 'RUAG', 프랑스의 'MBDA', 미국의 'EXELIS', 'AntDevCo', 'SSTL' 등이 참여하고 있다.
- 미국: 미국의 경우 '고정형 안테나'는 'Andrew', 'Vertex' 등의 미국 기업이 시장을 선도하고 있다. 이동체용 안테나의 경우 'SEATEL, KVH, GX Project 등이 기술 개발을 주도하고 있다.
- 일본: 일본의 경우, 'DX 안테나', '히타치 국제 전기', '마스 프로 전공' 등이 '파라볼라 안테나(Parabolic Antenna)'를 생산하고 있다.
- 유럽: 유럽 제작사의 경우는 주로 '유럽우주기구(ESA: European Space Agency)' 프로젝트 및 전 세계의 위성사업자들을 대상으로 위성안테나를 제작하여 납품하고 있다.
6-1. 쎄트렉아이(Satrec Initiative)
- 국적: 한국
'쎄트렉아이(Satrec Initiative)'는 국내에서 유일하게 인공위성 완제품을 생산할 수 있는 업체이다. 대한민국의 최초의 인공위성인 '우리별 1호'를 비롯해 '말레이시아(Malaysia)', '아랍에미레이트(United Arab Emirates)' 등에 인공위성 완제품을 수출하고, 2017년에는 필리핀에 '원격 다중 임무 안테나 시스템' 사업을 수주하였다. 또한 1~300kg급 '초소형 지구 관측 위성'을 개발하여 해외에 수출하는 기업으로, '위성 시스템', '위성 탑재체', '위성 영상 데이터 수신처리 시스템', '위성용 부품' 등의 제품 및 기기를 제작하고 있다.
6-2. 하이게인안테나(High Gain Antenna)
- 국적: 한국
- 설립: 1970년
'하이게인안테나(High Gain Antenna)'는 '위성 통신(Satellite Communication)', '방송 통신(Broadcasting Communication)', '이동 통신(Mobile Communication)', '군 통신(Military Communication)', '장거리 무선통신(Long-distance wireless Communication)' 등 안테나 사업을 영위하고 있다. '하이게인안테나'는 다년간의 경험과 노하우를 통해 체계적 생산 시스템을 갖추었다. 제품의 품질 향상과 연구개발을 위해, 1985년에 '전자파 무반향실(Electromagnetic Anechoic Chamber)'을, 1986년에 '원거리 안테나 패턴 시험장(Remote Antenna Pattern Test Site)'을 각각 설치하였다.
