앞서 논의한 바와 같이 안테나는 모양과 형태가 매우 다양하지만, 유사점을 기준으로 크게 분류할 수 있습니다.
파장에 따라 중파 안테나, 단파 안테나, 초단파 안테나, 마이크로파 안테나 등으로 구분됩니다.
성능별 분류: 고이득 안테나, 중이득 안테나...
지향성에 따라 무지향성 안테나, 지향성 안테나, 섹터 안테나 등이 있습니다.
적용 분야: 기지국 안테나, 텔레비전 안테나, 레이더 안테나, 라디오 안테나 등
구조적 특징: 와이어 안테나,평면 안테나...
시스템 유형별: 단일 소자 안테나, 안테나 어레이 등
오늘은 기지국 안테나에 대해 집중적으로 논의해 보겠습니다.
기지국 안테나는 기지국 안테나 시스템의 구성 요소이자 이동 통신 시스템의 중요한 부분입니다. 기지국 안테나는 일반적으로 실내 안테나와 실외 안테나로 나뉩니다. 실내 안테나에는 일반적으로 무지향성 천장 안테나와 지향성 벽걸이 안테나가 포함됩니다. 여기서는 실외 안테나에 초점을 맞추겠습니다. 실외 안테나 역시 무지향성 안테나와 지향성 안테나로 나뉩니다. 지향성 안테나는 다시 단일 편파 지향성 안테나와 이중 편파 지향성 안테나로 세분화됩니다. 편파란 무엇일까요? 걱정하지 마세요, 나중에 자세히 설명하겠습니다. 먼저 무지향성 안테나와 지향성 안테나에 대해 알아보겠습니다. 이름에서 알 수 있듯이 무지향성 안테나는 모든 방향으로 신호를 송수신하는 반면, 지향성 안테나는 특정 방향으로만 신호를 송수신합니다.
실외 무지향성 안테나는 이렇게 생겼습니다.
기본적으로 막대기 모양인데, 어떤 건 두껍고 어떤 건 얇아요.
무지향성 안테나와 비교했을 때, 지향성 안테나는 실제 응용 분야에서 가장 널리 사용됩니다.
대부분의 경우 평평한 패널처럼 생겼기 때문에 패널 안테나라고 불립니다.
평면 안테나는 주로 다음과 같은 부분으로 구성됩니다.
방사 소자(쌍극자)
반사판(베이스 플레이트)
전력 배분망(공급망)
밀폐 및 보호(안테나 레이돔)
앞서 우리는 기지국 안테나의 방사 소자인 특이한 모양의 방사 소자들을 보았습니다. 이 방사 소자들의 각도가 특정한 패턴을 따른다는 것을 눈치채셨나요? 바로 "+"자 모양이나 "×"자 모양입니다.
이것이 바로 우리가 앞서 언급한 "양극화"입니다.
전파가 공간을 전파할 때, 전파의 전기장 방향은 특정한 패턴에 따라 변화하는데, 이러한 현상을 전파의 편광이라고 합니다.
전자기파의 전기장 방향이 지면에 수직이면 수직편광파라고 하고, 지면에 평행하면 수평편광파라고 합니다. 또한 ±45° 편광도 존재합니다.
또한, 전기장의 방향은 나선형으로 회전할 수도 있는데, 이를 타원형 편광파라고 합니다.
이중 편파란 두 개의 안테나 소자가 하나의 유닛 내에 결합되어 두 개의 독립적인 파동을 생성하는 것을 의미합니다.
이중 편파 안테나를 사용하면 기지국 커버리지에 필요한 안테나 수를 줄이고, 안테나 설치 요구 사항을 완화하여 투자 비용을 절감하면서도 효과적인 커버리지를 확보할 수 있습니다. 즉, 여러 가지 장점을 제공합니다.
무지향성 안테나와 지향성 안테나에 대한 논의를 이어가겠습니다.
지향성 안테나는 왜 신호 방사 방향을 제어할 수 있을까요?
먼저 도표를 살펴보겠습니다.
이러한 유형의 도표를 안테나 방사 패턴이라고 합니다.
공간은 3차원이기 때문에, 위에서 내려다보는 시점과 앞에서 뒤로 보는 시점은 안테나 방사 강도의 분포를 관찰하는 데 있어 더욱 명확하고 직관적인 방법을 제공합니다.
위 이미지는 반파장 대칭 다이폴 한 쌍이 만들어내는 안테나 방사 패턴으로, 마치 납작하게 눕힌 타이어와 다소 유사한 형태를 띠고 있습니다.
그런데 안테나의 가장 중요한 특징 중 하나는 방사 범위입니다.
이 안테나의 전파 수신 범위를 넓히려면 어떻게 해야 할까요?
답은 바로 치는 겁니다!
이제 방사선 도달 거리가 훨씬 더 멀어질 것입니다...
문제는 방사선이 눈에 보이지도 않고 만질 수도 없다는 것입니다. 눈으로 볼 수도 없고 손으로 만질 수도 없으며 사진으로 찍을 수도 없습니다.
안테나 이론에서, 신호를 "강하게" 보내고 싶다면 방사 소자의 수를 늘리는 것이 올바른 접근 방식입니다.
방사 요소가 많을수록 방사 패턴은 더욱 평평해집니다.
네, 타이어를 납작한 원반 모양으로 만들면 신호 도달 범위가 넓어지고 360도 모든 방향으로 신호를 방출합니다. 즉, 무지향성 안테나입니다. 이러한 유형의 안테나는 외딴 개방된 지역에서 사용하기에 매우 적합합니다. 하지만 도시에서는 이러한 안테나를 효과적으로 사용하기 어렵습니다.
인구 밀도가 높고 건물이 많은 도시에서는 특정 지역에 신호를 제공하기 위해 지향성 안테나를 사용하는 것이 일반적으로 필요합니다.
따라서 우리는 무지향성 안테나를 "수정"해야 합니다.
먼저, 그것의 한쪽 면을 "압축"하는 방법을 찾아야 합니다.
어떻게 압축할까요? 반사판을 추가하고 한쪽에 배치합니다. 그런 다음 여러 개의 변환기를 사용하여 음파를 "집중"시킵니다.
마지막으로, 우리가 얻은 방사 패턴은 다음과 같습니다.
이 도표에서 방사 강도가 가장 높은 부분을 주엽이라고 하고, 나머지 부분들을 측엽 또는 부엽이라고 하며, 뒤쪽에는 작은 꼬리 모양의 후엽이 있습니다.
어, 이 모양이 좀... 가지처럼 생겼는데요?
이 "가지 모양" 기기의 신호 범위를 극대화하려면 어떻게 해야 할까요?
길거리에 서서 그걸 들고 있는 건 절대 안 될 거예요. 장애물이 너무 많거든요.
높은 곳에 서 있을수록 더 멀리 볼 수 있으므로, 우리는 분명히 더 높은 곳을 목표로 해야 합니다.
고도가 높을 때 안테나를 아래쪽으로 향하게 하려면 어떻게 해야 할까요? 아주 간단합니다. 안테나를 아래쪽으로 기울이면 되죠.
네, 설치 중에 안테나를 직접 기울이는 것도 한 가지 방법인데, 이를 "기계적 하향 경사"라고 부릅니다.
최신 안테나는 모두 설치 과정에서 이러한 기능을 갖추고 있으며, 기계식 팔이 이를 처리합니다.
하지만 기계식 하향 경사 조절에도 문제가 있습니다.
기계식 하향 경사 방식을 사용할 경우 안테나의 수직 및 수평 성분 진폭이 변하지 않아 안테나 패턴이 심하게 왜곡됩니다.
이 방법은 신호 범위에 영향을 미치기 때문에 확실히 효과가 없습니다. 따라서 우리는 전기식 하향식 조준, 또는 간단히 e-다운틸팅이라고 하는 다른 방법을 채택했습니다.
요약하자면, 전기적 하향 경사 조정은 안테나 본체의 물리적 각도를 일정하게 유지하면서 안테나 소자의 위상을 조정하여 전계 강도를 변화시키는 것입니다.
기계식 하향 경사 안테나와 비교했을 때, 전기식 하향 경사 안테나는 방사 패턴의 변화가 적고, 더 큰 하향 경사 각도를 허용하며, 주엽과 후엽 모두 아래쪽으로 향합니다.
물론 실제 사용에서는 기계식 하강 경사 조절과 전기식 하강 경사 조절이 함께 사용되는 경우가 많습니다.
다운틸트를 적용한 후에는 다음과 같습니다.
이러한 상황에서는 안테나의 주요 방사 범위가 상당히 효율적으로 활용됩니다.
하지만 문제점은 여전히 존재합니다.
1. 주엽과 하부 측엽 사이의 방사 패턴에 널(null) 영역이 존재하여 해당 영역에 신호 사각지대가 발생합니다. 이를 일반적으로 "그림자 효과"라고 합니다.
2. 위쪽 측엽은 각도가 커서 더 먼 거리에 있는 영역에 영향을 미치고 세포 간 간섭을 쉽게 일으켜 신호가 다른 세포에 영향을 줄 수 있습니다.
그러므로 우리는 "하부 널 깊이"의 간극을 메우고 "상부 사이드 로브"의 강도를 억제하기 위해 노력해야 합니다.
구체적인 방법으로는 사이드롭 레벨 조정과 빔포밍과 같은 기술 활용이 있습니다. 기술적인 세부 사항은 다소 복잡합니다. 관심 있으시면 관련 정보를 직접 검색해 보시기 바랍니다.
안테나에 대한 자세한 내용을 알아보려면 다음 웹사이트를 방문하세요.
게시 시간: 2025년 12월 4일
