안테나 성능을 평가하는 주요 항목

안테나 성능을 나타내는 중요 항목

일반적으로 안테나를 공학적으로 너무 세분하여 깊이 파고들면 수학적인 부분들이 대부분을 차지한다. 그래서 우리는 수식을 거의 쓰지 않은 상태로 안테나의 성능 특성을 평가할 수 있는 부분에 대하여 간략하게 설명하고자 합니다.

이는 해석하는 사람에 따라 좀 더 세분하게 분류할 수 있으나 여기에서는 기초적인 특성에 대하여 설명하고자 합니다.

 

1. 주파수 대역(Frequency Bandwidth): 이는 안테나가 어떤 주파수의 전파를 송수신할 수 있는지를 나타내는 지표입니다. 예를 들어, FM 라디오 안테나는 FM 주파수 대역인 88 MHz에서 108 MHz의 전파를 수신할 수 있어야 합니다. 이 지표는 안테나의 물리적인 크기와 형태, 사용된 재료 등에 의해 결정됩니다. 다른 말로 표현하면  주파수 대역은 전파의 주파수 범위를 나타내며, 특정 주파수 대역은 그 범위 내의 주파수를 사용하는 무선 통신이나 방송 등의 서비스에 할당되어 있습니다. 주파수 대역은 그 범위에 따라 크게 아래와 같이 분류됩니다.

저주파(LF, Low Frequency): 30kHz 이하의 주파수를 가진 전파입니다. 해저 통신이나 지하 통신 등에 사용됩니다.
중주파(MF, Medium Frequency): 300kHz 이하의 주파수를 가진 전파입니다. AM 방송이 이 범위에 포함됩니다.
고주파(HF, High Frequency): 3MHz 이하의 주파수를 가진 전파입니다. 단거리 무선 통신이나 해안 통신 등에 사용됩니다.
초고주파(VHF, Very High Frequency): 30MHz 이하의 주파수를 가진 전파입니다. FM 방송이나 TV 방송, 지상파 디지털 방송 등이 이 범위에 포함됩니다.
극초고주파(UHF, Ultra High Frequency): 300 MHz 이하의 주파수를 가진 전파입니다. 셀룰러 통신(휴대전화), 위성 통신, 무선 LAN 등에 사용됩니다.
초극 초고주파(SHF, Super High Frequency): 3 GHz 이하의 주파수를 가진 전파입니다. 레이더, 위성 통신, 무선 LAN 등에 사용됩니다.
밀리미터 주파수 (EHF, Extremely High Frequency): 30 GHz 이하의 주파수를 가진 전파입니다. 위성 통신이나 고해상도 레이더 등에 사용됩니다.
이와 같이 주파수 대역은 그 범위에 따라 다양한 통신 서비스에 사용되며, 각각의 주파수 대역은 그 특성에 따라 전파의 전송 거리, 통신 품질, 장애물 통과 능력 등이 결정됩니다. 따라서, 특정 서비스를 제공하려는 목적과 환경에 따라 적절한 주파수 대역을 선택해야 합니다.

2. 이득(Gain): 이는 안테나가 특정 방향으로 전파를 얼마나 효율적으로 송수신할 수 있는지를 나타내는 지표입니다. 이득이 높을수록 그 방향으로의 전파 전송 또는 수신 성능이 좋다는 것을 의미합니다. 이득은 보통 dBi 또는 dBd라는 단위로 표시됩니다.

3. 방사패턴 (Radiation Pattern): 안테나의 방사 패턴은 안테나가 전파를 어떻게 송출하고 수신하는지를 나타내는 특성입니다. 이는 3차원 공간에서의 전파의 분포를 나타내며, 특히 안테나의 지향성과 관련이 깊습니다.

 

안테나의 방사 패턴은 크게 두 가지로 나눌 수 있습니다.

전방향(Omnidirectional) 패턴: 전방향성  안테나는 모든 방향으로 동일하게 전파를 송출하거나 수신합니다. 즉, 안테나를 중심으로 한 구 형태로 전파가 퍼져 나가는 것이죠. 일반적으로 무선 라우터와 같은 장치에서 이러한 패턴의 안테나가 사용됩니다.
지향성(Directional) 패턴: 지향성 안테나는 특정 방향으로 주로 전파를 송출하거나 수신합니다. 이로 인해 해당 방향으로는 강력한 신호를 보내거나 받을 수 있지만, 다른 방향으로는 신호가 약해집니다. 위성 통신이나 무선 통신 타워 등에서 이러한 패턴의 안테나가 사용됩니다.

이 외에도, 안테나의 형태와 크기, 사용되는 물질 등에 따라 다양한 복잡한 방사 패턴을 가진 안테나들이 존재합니다. 이러한 방사 패턴은 안테나의 성능을 평가하고, 안테나가 사용될 환경과 목적에 맞는 안테나를 선택하는 데 중요한 역할을 합니다.
4. 임피던스(Impedance): 이는 안테나와 그것에 연결된 전자 장비 간의 전기적 호환성을 나타내는 지표입니다. 안테나의 임피던스와 장비의 임피던스가 일치할 때 전력 전송이 가장 효율적입니다.

5. 편파 (Polarization): 이는 안테나가 송출하는 전파의 전기장의 방향을 나타내는 지표입니다. 수직 극성, 수평 극성, 원형 극성 등이 있으며, 송신 안테나와 수신 안테나의 극성이 일치해야 효과적인 통신이 가능합니다.

 

직선편파: 전파의 전기장이 특정한 방향으로 치우친 형태입니다. 수직편파 또는 수평편파로 존재합니다.
원편파: 두 개의 크기가 같은 직선편파가 직각으로 교차하며, 위상 차이가 π/2인 형태입니다.
타원편파: 두 개의 직선편파가 직각으로 교차하며, 위상 차이가 π/2가 아닌 형태입니다.

6. VSWR(Voltage Standing Wave Ratio): 이는 안테나와 그것에 연결된 전송선에서 반사되는 전파의 비율을 나타내는 지표입니다. 이 값이 크면 클수록 안테나로부터의 전력 손실이 커지므로, 이 값을 최대한 작게 유지하는 것이 중요합니다.
이러한 성능 지표들은 안테나의 성능을 평가하고, 적절한 안테나를 선택하거나 설계하는 데 필요한 중요한 정보를 제공합니다.

 

지금까지 간단히 안테나 성능평가 중요 항목들에 대하여 알아보았습니다.