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Antena

안테나는 전기적인 신호를 전파로 바꾸어 주거나 그 반대의 기능을 수행하는 장치를 의미한다. 송신의 경우에는 송신기에서 보내고 싶은 전기적인 신호를 전파로 바꾸어 멀리까지 보내고, 멀리서 송신된 전파를 수신하면 그 전파를 전기적인 신호로 바꾸어 수신기에 전달하여 준다.

전파는 공간을 통해가는 파동이다. 따라서 파장과 주파수를 갖게 된다. 파장을 λ, 주파수를 f , 전파가 공간을 이동하는 속도를 c 라고 하면 다음 관계가 성립한다.
λ (m) = c (m/sec) / f (Hz)



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Antena의 특성



안테나의 특성은 주로 임피던스, 이득, 지향성의 3요소에 의해 나타낸다.

임피던스: 임피던스는 전류가 흐르기 어려움을 나타내는 양이다. RIG와 동축 케이블, 그리고 안테나 모두 각각의 임피던스 값을 가지고 있다. 이 세 임피던스 값이 일치할 때에 가장 효과적으로 전파가 전해진다. 보통 RIG와 동축 케이블의 임피던스는 50Ω으로 고정되어서 생산된다. 그러나 안테나의 임피던스는 50Ω이 아닌 경우가 많다. 그러므로 안테나의 임피던스가 50Ω에 가깝도록 조정을 해 주어야 하며 이러한 조정을 MATCHING이라고 한다. SWR은 바로 이 임피던스가 일치한 정도를 나타내는 값이다. SWR은 1 이상의 값을 가지며 SWR이 1에 가까우면 더욱 효과적으로 전파를 보낼 수 있고 RIG의 손상이 적어진다.
이득: 이득은 안테나의 성능을 의미한다. 안테나에 일정한 출력이 보내져도 안테나의 성능에 따라 더 높은 출력의 전파를 보낸 것과 같은 효과가 발생하게 된다. 이러한 효과를 나타내는 것을 이득이라고 한다. 단위는 dB이다. 이득이 높은 안테나를 사용하면 작은 출력으로도 멀리 있는 무선국과 효과적인 교신을 할 수 있다.
지향성: 안테나가 특정한 방향으로 전파를 더 많이 보내는 성질을 지향성이라고 한다. 지향성이 있는 안테나를 지향성 안테나라고 하며, 지향성이 없이 모든 방향으로 동일하게 전파를 보내는 안테나를 무지향성 안테나 라고 한다. 안테나는 전파를 입체적으로 보내지만 입체적인 지향성은 생각하기 어려우므로 우리는 편의상 수평면에서의 지향성과 수직면에서의 지향성을 생각한다. 안테나의 용도에 따라 지향성이 있는 안테나를 사용하거나 지향성이 없는 안테나를 사용한다. 지향성 안테나를 사용하는 가장 대표적인 예는 전파의 발신지를 탐지하는 일이다.
목적하는 방향으로 전파를 더 많이 보내도록 하기 위해 지향성 안테나는 방향을 바꾸어줄 필요가 있다. 수평 방향을 바꾸어주는 장치를 로테이터 (ROTATOR), 수직 방향을 바꾸어주는 장치를 엘리베이터(ELEVATOR)라고 한다.



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Antena의 구조



(1) 엘리먼트 :
안테나의 여러 부분 중에서 실제로 전파를 송신하거나 수신하는 부분을 엘리먼트 라고 한다. 안테나의 실질적인 부분이며 전기가 잘 통하는 도체로 이루어져 있다.

(2) 공진 :
공진이란 안테나가 어떤 특정한 파장의 전파를 가장 효과적으로 보내고 받는 현상을 의미한다. 안테나의 길이가 파장의 1/2의 정수배일 때 안테나는 공진하게 된다. 이때 이 전파의 주파수 중에서 가장 낮은 주파수를 안테나의 공진 주파수라고 한다.

(3) 로딩 코일 (연장 코일) :
안테나에 코일을 삽입하면 안테나의 공진 주파수가 높아지게 된다. 즉 안테나의 길이가 파장의 1/2보다 짧아도 동일한 주파수의 전파에 공진할 수 있다. 이렇게 안테나의 길이를 단축시켜 주는 코일을 로딩코일 이라고 한다. 이와는 반대로 안테나에 콘덴서를 삽입하면 안테나의 공진주파수가 낮아지게 된다.
즉 안테나의 길이가 파장의 1/2보 다 길어도 동일한주파수의 전파에 공진할 수 있게 된다. 이렇게 안테나의 길이를 연장시켜 주는 콘덴서를 단축콘덴서라고 한다. 로딩 코일은 설치 장소보다 안테나의길이가 너무 길 때에 이용된다. 그러나 안테나를 단축하면 이득이 감소한다.

(4) 트랩 :
한 안테나로 여러 주파수의 전파를 이용하려고 할 때에 사용되는 코일을 트랩이라고 한다. 코일도 안테나처럼 공진 주파수를 가지고 있으므로, 코일이 삽입될 경우 그 주파수에 해당하는 전파에도 공진하게 된다. 그러므로 한 안테나를 여러 주파수에 공진시켜 사용할 수 있다.

(5) 동축 케이블 :
안테나에 전기 에너지를 공급해 주는 전선을 급전선이라고 한다. 이 급전선 중에서 외부 도체와 내부 도체로 이루어져 있는 전선이 동축케이블 이다.
외부 도체와 내부 도체의 축이 일치하기 때문에 동축 케이블이라는 명칭을 사용하게 되었다. 동축케이블은 고유한 임피던스와 크기, 재료, 성능에 따라 여러가지 규격을 갖고있다. 보통 RG 8이라는 굵은 동축케이블과, RG 58이라는 가는 동축케이블을 사용한다. 이 두 동축케이블은 모두 임피던스가 50Ω이다.



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Antena의 종류



(1) 반파장 다이폴(DIPOLE) 안테나 :

모든 안테나의 기본이 되는 안테나이다. 파장의 1/2의 길이를 가진 도선의 가운데에 동축케이블을 연결한 형태이다. 안테나의 엘리먼트와 평행한 면에서의 지향성은 8자 모양이며 수직한 면에서는 무지향성이다. 안테나의 임피던스는 75Ω이며, 이 안테나는 단독으로도 사용되고 다른 안테나의 구성 요소가 되기도 한다.

수평 반파장 다이폴 안테나 :
엘리먼트가 지면과 평행한 안테나이다. 보통 HF에서의 교신과 VHF, UHF의 TV방송에 많이 사용한다.

수직 반파장 다이폴 안테나
엘리먼트가 지면과 수직한 안테나이다. 보통 VHF, UHF에서의 교신에 많이 사용한다. 수평면에서 무지향성인 점이 특징이다.

V형 반파장 다이폴 안테나
엘리먼트가 V형을 이루고 있는 안테나이다. 임피던스가 50Ω 이어서 특별한 MATCHING을 필요로 하지 않으며 설치 공간이 작아도 되기 때문에 많이 이용되고 있다.



(2) 수직 접지 안테나 (모노폴 안테나) :
안테나의 엘리먼트 중 하나를 접지한 형태의 안테나이다. 접지라는 것은 전기적인 위치 에너지가 0이 되도록 만드는 것을 의미한다. 지표면의 전기 에너지는 0이므로 보통 지표면에 연결하여 접지한다. 이렇게 접지를 하게 되면 그 엘리먼트가 존재하지 않아도 존재하는 것과 같은 효과가 발생한다. 그러므로 안테나는 파장의 1/4의 길이에 해당하는 엘리먼트 하나로 감소한다. 그러나 기본적으로는 "수직 반파장 다이폴 안테나"와 동일하다. 안테나의 엘리먼트와 평행한 면에서의 지향성은 반원 모양이며 수직한 면에서는 무지향성 모양이다. 안테나의 임피던스는 36Ω이다. 이 안테나는 매우 많은 무선기기에서 사용되고 있다.

로드 안테나
엘리먼트를 지표면에 접지한 안테나로서 휴대형 무선기기에 많이 이용된다. 사용자가 무선기기를 손에 잡게 되면 인체를 매개로 무선기기와 지표면이 연결된다.

GP (Ground Plane) 안테나
안테나를 높은 곳에 올릴 경우 지표면에는 접지할 수 없다. 이 때에 전기적인 위치 에너지가 0인 금속판에 엘리먼트를 연결하면, 지표면에 접지한 것과 동일한 효과가 발생한다. 이러한 안테나를 GP 안테나라고 한다. 보통 금속판 대신에 방사상으로 전개된 여러개의 도체를 이용한다. 이러한 도체를 레디알(RADIAL)이라고 하며 길이는 파장의 1/4이다.

다단 GP 안테나
GP 안테나를 수직으로 여러개 쌓아올리게 되면 안테나의 이득이 증가한다. 이러한 안테나를 다단 GP 안테나라고 하며, 쌓아올린 엘리먼트의 개수가 단의 수를 결정한다. 예를 들어 5개의 엘리먼트를 쌓아올린 GP 안테나는 5단 GP 안테나이다.

(3) 야기 안테나
야기 안테나는 야기, 우노다 두 사람이 개발해낸 안테나이다. 이 안테나는 복사기, 반사기, 도파기로 구성되어 있다. 지향성은 도파기 방향으로 입체적인 지향성을 갖고 있다. 이 안테나는 TV 방송 수신용으로 매우 많이 사용되고 있어서 주변에서 쉽게 접할 수 있다. 임피던스는 25Ω이다.
복사기 : 일반적인 반파장 다이폴 안테나이다. 전파는 이 복사기에서 송신되거나 수신된다.
반사기 : 파장의 1/2의 길이보다 긴 도체이다. 복사기에서 발사된 전파를 반사한다. 그러므로 반사기의 뒤로는 전파가 발사되지 않는다. 보통 1개의 반사기를 사용한다.
도파기 : 파장의 1/2의 길이보다 짧은 도체이다. 복사기에서 발사된 전파를 강화시켜 준다. 그러므로 도파기 방향으로 전파가 진행하게 되며 지향성도 이 방향으로 생성된다. 도파기의 개수가 증가할수록 지향성이 더욱 날카로와지고 이득이 증가한다.
HB9CV 안테나 : 일반적인 2 엘리먼트 야기 안테나와 유사한 형태의 안테나이다. 그러나 야기 안테나와는 달리, 복사기 뿐만 아니라 반사기에도 전기 에너지가 공급되는 일종의 위상배열 (PHASED ARRAY) 안테나다. 2 엘리먼트 야기 안테나의 크기로서 3 엘리먼트 야기 안테나의 성능을 가지고 있으므로, 안테나를 설치할 공간이 협소한 무선국에서 많이 이용하고 있다.



(4) 루프 안테나 :
엘리먼트가 끝이 없이 루프 모양을 이루는 안테나이다. 엘리먼트가 이루는 루프의 길이는 1파장의 길이이다. 루프의 형태는 원형, 사각형, 삼각형 등의 여러 형태이며 필요에 따라 선택한다. 지향성은 8자모양을 입체적으로 전개한 형태이다. 임피던스는 60Ω이다. 이 안테나는 여러 공진 주파수의 엘리먼트를 한 안테나에 설치할 수 있으므로 많이 이용되고 있다.
쿼드 안테나 : 이 안테나는 복사기, 반사기, 도파기로 구성되어 있다. 지향성은 도파기 방향으로 입체적인 지향성을 갖고 있다.
복사기 : 일반적인 루프 안테나이다. 전파는 이 복사기에서 송신되거나 수신된다.
반사기 : 1파장의 길이보다 긴 루프 모양의 도체이다. 복사기에서 발사된 전파를 반사한다. 그러므로 반사기의 뒤로는 전파가 발사되지 않는다. 보통 1개의 반사기를 사용한다.
도파기 : 1파장의 길이보다 짧은 루프 모양의 도체이다. 복사기에서 발사된 전파를 강화시켜 준다. 그러므로 도파기 방향으로 전파가 진행하게 되며 지향성도 이 방향으로 생성된다. 도파기의 개수가 증가할수록 지향성이 날카로와지고 이득이 증가한다.

(5) 기타 안테나
헬리칼 (HELICAL) 안테나
로딩 코일만으로 이루어진 안테나이다. 길이가 작아 휴대용무선기기에 많이 사용된다. 그러나 이득은 매우 낮다.

로그 페리오딕 (LOG PERIODIC) 안테나
도파기 숫자가 매우 많은 야기 안테나의 형태와 비슷한 안테나이다. 넓은 범위의 주파수에 공진하므로 군사용, 외교 업무용으로 사용되고 있다.

코너 리플렉터 (CORNER REFLECTER)안테나
일반적인 반파장 다이폴 안테나에 반사판을 설치한 안테나이다. 전체적인 크기가 작아도 날카로운 지향성을 얻을 수 있으므로 군사용으로 이용되고 있다.

파라볼라 (PARABOLA) 안테나
일반적인 다이폴 안테나에 포물면 형태의 반사판을 설치한 안테나이다. 지향성이 극히 우수하며 마이크로파 대역의 주파수에서 사용되고 있다.

출처 : kdacham

글쓴이 : 김종수 원글보기

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