대한민국 공군 차세대 전투기 AESA 레이더 GaN T/R 모듈 열변형 위상 보정 및 1,000Hz 0-Alloc C# 디지털 빔포밍 엔진

1. AESA 어레이 팩터 및 위상 지연 빔 조향 모델

소자 좌표 $\mathbf{r}_n = (x_n, y_n)$, 파수 벡터 $\mathbf{k} = \frac{2\pi}{\lambda} (\sin\theta\cos\phi, \sin\theta\sin\phi)$, 가중치 $w_n = A_n e^{j \psi_n}$:

온도 보상 위상각 $\psi_{n,\text{comp}} = \psi_{n,\text{steer}} - \alpha_{\text{GaN}} (T_n - T_{\text{cal}})$을 인가하여 빔 조향 오차 $\Delta\theta_{\text{beam}} \le 0.05^\circ$를 사수합니다.

2. 디지털 빔포밍 사이드로브 억제 테일러 가중치 분배식

목표 사이드로브 비 $-35\,\text{dB}$ 유지를 위한 테일러(Taylor) 원형 분포 진폭 $A_n$:

3. 1,000Hz 0-Alloc SIMD C# AESA 위상 보정 엔진

1밀리초 제어 주기로 T/R 모듈 온도를 수신하여 8비트 디지털 위상천이기 제어 코드를 산출하는 C# 코어입니다.

using System;
using System.Runtime.CompilerServices;

namespace ZeliDesk.Defense.AesaRadarBeamforming
{
    /// 

    /// AESA T/R 모듈 클러스터 텔레메트리 (Stack 전용)
    /// 
    public readonly ref struct TrModuleTelemetry
    {
        public readonly float AverageClusterTempC;    // 클러스터 평균 접합 온도 (℃)
        public readonly float MaxTempDifferentialC;   // 모듈 간 최대 온도차 (℃)
        public readonly float CommandedAzimuthDeg;    // 지령 방위각 (도)
        public readonly float CommandedElevationDeg;  // 지령 고각 (도)
        public readonly float TransmitDutyCycle;      // 송신 듀티 사이클 (0~0.3)

        public TrModuleTelemetry(
            float avgTemp, float maxDiff, float az, float el, float duty)
        {
            AverageClusterTempC = avgTemp;
            MaxTempDifferentialC = maxDiff;
            CommandedAzimuthDeg = az;
            CommandedElevationDeg = el;
            TransmitDutyCycle = duty;
        }
    }

    /// 

    /// 위상 천이기 보정 출력 지령
    /// 
    public readonly ref struct BeamformingOutput
    {
        public readonly float PhaseCorrectionDeg;     // 평균 위상 보정 각도 (도)
        public readonly float EstimatedSidelobeDb;    // 추정 사이드로브 레벨 (dB)
        public readonly bool IsBeamPatternDegraded;   // 빔 패턴 열화 경보
        public readonly bool IsCoolingPumpBoost;      // 액체 냉각 펌프 부스트 신호

        public BeamformingOutput(float phase, float sidelobe, bool degraded, bool boost)
        {
            PhaseCorrectionDeg = phase;
            EstimatedSidelobeDb = sidelobe;
            IsBeamPatternDegraded = degraded;
            IsCoolingPumpBoost = boost;
        }
    }

    /// 

    /// AESA 1,000Hz 0-Alloc C# 위상 보정 엔진
    /// 
    public static class AesaPhaseCalibrationEngine
    {
        private const float GaNPhaseDriftPerC = 1.18f; // 1.18도/℃ 위상 계수
        private const float CalibrationBaseTempC = 25.0f;

        [MethodImpl(MethodImplOptions.AggressiveInlining)]
        public static BeamformingOutput ComputePhaseCalibration(
            in TrModuleTelemetry telemetry)
        {
            // 온도 편차에 의한 위상 지연 역보정
            float tempError = telemetry.AverageClusterTempC - CalibrationBaseTempC;
            float phaseCorrection = -tempError * GaNPhaseDriftPerC;

            // 사이드로브 추정: 온도 불균일 15℃ 이상 시 사이드로브 6dB 열화
            float sidelobe = -35.0f + (telemetry.MaxTempDifferentialC * 0.42f);
            bool degraded = sidelobe > -28.0f;
            bool boostCooling = telemetry.AverageClusterTempC >= 75.0f || telemetry.TransmitDutyCycle > 0.22f;

            return new BeamformingOutput(phaseCorrection, sidelobe, degraded, boostCooling);
        }
    }
}

4. 고온 지속 방출 및 전자 조향 시험 데이터