마름모꼴 안테나란 무엇인가요?
마름모꼴 안테나는 마름모꼴 구조로 배열된 네 개의 전도성 소자로 이루어진 지향성 와이어 안테나입니다. 이는 두 개의 V자형 안테나가 끝과 끝을 맞대고 연결된 것으로 볼 수 있으며, 한쪽의 예각 꼭짓점은 급전점으로 사용되고 반대쪽 꼭짓점은 일반적으로 종단 저항에 연결됩니다.
공진 다이폴과는 달리, 적절하게 종단 처리된 마름모꼴 안테나는 주로 진행파 안테나로 동작합니다. RF 전류는 급전점에서 네 개의 전선 부분을 따라 종단 부하 쪽으로 흐릅니다. 이 부분들에서 생성된 전자기장은 합쳐져 마름모꼴의 장축을 따라 집중된 빔을 형성합니다.
마름모꼴 안테나는 넓은 주파수 범위, 유용한 전방 이득, 비교적 안정적인 방향 특성을 제공할 수 있어 장거리 HF 통신에 널리 사용되었습니다. 하지만 크기가 커서 소형 통신 플랫폼보다는 고정 설치에 더 적합합니다.
기본 구조
일반적인 마름모꼴 안테나는 지면 위에 매달린 길이가 같은 네 개의 전선으로 구성됩니다. 이 전선들은 함께 두 개의 예각과 두 개의 둔각을 가진 수평 마름모를 이룹니다.
안테나는 한쪽 끝에 급전되고, 반대쪽 끝은 비유도성 종단 저항에 연결됩니다. 이 저항은 안테나 구조의 특성 임피던스와 유사하도록 선택되며, 진행파의 잔여 에너지를 흡수합니다.
주요 설계 매개변수는 다음과 같습니다.
- 각 와이어 섹션의 길이
- 마름모의 예각 또는 꼭짓각
- 지면으로부터의 설치 높이
- 급전점 임피던스
- 종료 저항
- 도체 직경
- 목표 주파수 범위 및 전파 경로
최적 각도는 보편적으로 고정된 값이 아닙니다. 이는 각 측면의 전기적 길이와 주 빔의 원하는 고도 및 방위각 방향에 따라 달라집니다.
그림 1. 종단형 수평 마름모꼴 안테나의 기본 구성.
마름모꼴 안테나는 어떻게 작동할까요?
마름모꼴의 각 변은 긴 전선 방사체처럼 작동합니다. 전류가 도체를 따라 흐르면서 각 전선 부분은 방향성 방사 성분을 생성합니다.
안테나의 크기와 각도를 적절히 선택하면 네 면에서 방출되는 전자기장이 전방 방향으로 서로 강화됩니다. 다른 방향에서는 일부 전자기장 성분이 부분적으로 상쇄됩니다. 그 결과, 마름모꼴의 긴 대각선을 따라 비교적 좁은 주 빔이 형성됩니다.
종단 저항은 중요한 역할을 합니다. 종단 저항은 안테나 끝단에 도달하는 에너지를 흡수하여 전류 반사를 줄이고 도체에 강한 정재파가 형성되는 것을 방지합니다. 이는 안테나가 비교적 넓은 주파수 범위에 걸쳐 더욱 안정적인 임피던스와 방사 특성을 유지하는 데 도움이 됩니다.
효율성 측면에서 절충이 필요합니다. 송신기의 전력 일부는 방사되는 대신 종단 저항에서 열로 변환됩니다. 따라서 안테나 설계는 지향성, 대역폭, 임피던스 안정성 및 방사 효율 간의 균형을 맞춰야 합니다.
주파수 범위 및 전기적 크기
전통적인 대형 마름모꼴 안테나는 주로 고주파(HF) 통신과 관련이 깊습니다. 이러한 주파수 대역에서 안테나 변의 길이는 종종 여러 파장에 달하여, 구조적으로 상당한 지향성 이득을 생성할 수 있습니다.
마름모꼴 안테나는 하나의 고정된 주파수 범위로 정의되지 않습니다. 이론적으로는 다양한 주파수에 맞춰 크기를 조절할 수 있지만, 저주파수에서는 구조가 지나치게 커지고 고주파수에서는 더욱 정밀한 기계적 공차가 요구됩니다.
소형 마름모꼴 및 마름모꼴 루프 구조는 VHF, UHF 또는 마이크로파 주파수에서도 사용될 수 있습니다. 그러나 이러한 축소형 설계는 기존의 종단형 HF 마름모꼴 안테나와 급전, 편파 및 방사 특성이 다를 수 있습니다.
그림 2. 고주파 수신용 소형 마름모꼴 안테나 구조의 예.
종단형 및 비종단형 마름모꼴 안테나
종단형 마름모꼴 안테나는 일반적으로 단방향 방사 패턴을 생성합니다. 유용한 방사 신호의 대부분은 급전점에서 종단단으로 향합니다.
종단 저항을 제거하면 전류가 개방된 끝단에서 반사됩니다. 그러면 안테나는 더 강한 정재파 성분을 발생시켜 양방향 패턴을 생성할 수 있으며, 주요 방사 방향은 서로 반대되는 두 방향입니다.
종단 저항이 없는 구성은 종단 저항으로 인한 전력 손실을 방지할 수 있지만, 입력 임피던스와 방사 패턴이 주파수에 따라 더 크게 변하는 경향이 있습니다. 또한 전후방비(front-to-back ratio)가 떨어지고 광대역 동작이 덜 예측 가능할 수 있습니다.
방사 패턴 및 편광
종단형 마름모꼴 안테나의 방사 패턴은 전방 주엽과 다수의 측엽으로 특징지어집니다. 정확한 빔 방향과 빔 폭은 변의 길이, 마름모꼴 각도, 설치 높이, 동작 주파수 및 지면 조건에 따라 달라집니다.
전기적 길이를 늘리면 지향성을 향상시킬 수 있지만, 추가적인 측파대가 발생할 수도 있습니다. 이러한 원치 않는 측파대는 의도하지 않은 방향으로 에너지를 방출하여 주 빔의 실질적인 이점을 감소시킬 수 있습니다.
수평으로 설치된 마름모꼴 안테나는 주 방사 방향에서 주로 수평 편파를 띕니다. 그러나 전체 3차원 패턴에는 특히 측엽이나 주축에서 벗어난 방향에서 수직 편파 성분이 포함될 수 있습니다.
그림 3. 종단 처리된 마름모꼴 안테나의 단방향 방사 패턴을 보여주는 예시.
급전 및 임피던스 매칭
마름모꼴 안테나는 일반적으로 비교적 높은 입력 임피던스를 갖는 평형 구조입니다. 이 안테나는 종종 평형 전송선로를 사용하거나 적절한 임피던스 변환기 및 발룬을 통해 급전됩니다.
동축 케이블을 사용할 경우, 불균형 급전선과 균형 안테나 사이의 연결부를 신중하게 설계해야 합니다. 임피던스 정합이 제대로 이루어지지 않으면 반사 전력이 증가하고, 공통 모드 전류가 발생하며, 의도한 방사 패턴이 왜곡될 수 있습니다.
엔지니어는 다음 사항을 평가해야 합니다.
- 입력 임피던스
- 반환 손실 및 VSWR
- 종료 저항
- 전방 이득
- 앞뒤 비율
- 빔 방향
- 측엽 레벨
- 편광
- 전력 처리 능력
고출력 송신 시스템의 경우, 종단 저항은 상당한 RF 전력을 안전하게 소산시킬 수 있어야 합니다.
장점
마름모꼴 안테나의 주요 장점은 다음과 같습니다.
- 상대적으로 넓은 작동 대역폭
- 유용한 방향 이득
- 적절하게 종단 처리하면 안정적인 임피던스를 유지합니다.
- 간단한 철사 기반 구조
- 장거리 HF 링크에 적합합니다.
- 적절한 부품을 사용하면 높은 송신기 출력을 처리할 수 있습니다.
- 더 넓은 커버리지를 확보하거나 방향을 전환하기 위해 여러 개의 마름모꼴 안테나를 배치할 수 있습니다.
제한 사항
주요 제한 사항은 다음과 같습니다.
- 넓은 설치 공간이 필요합니다.
- 여러 개의 높은 지지 구조물이 필요합니다.
- RF 전력의 일부는 종단 저항에서 손실됩니다.
- 상당한 측면 엽을 생성할 수 있습니다.
- 성능은 높이와 지면 상태의 영향을 받습니다.
- 기계 유지보수는 까다로울 수 있습니다.
- 대부분의 소형 또는 모바일 플랫폼에는 적합하지 않습니다.
일반적인 적용 사례
마름모꼴 안테나는 역사적으로 다음과 같은 용도로 사용되어 왔습니다.
- 장거리 HF 통신
- 고정 지점 간 무선 링크
- 단파 수신소
- 전리층 및 전리층파 통신
- 국제 통신 네트워크
- 무선 감시 및 신호 정보 수집
- 장선 안테나 및 진행파 안테나 연구
현대 통신 시스템은 종종 로그 주기 안테나, 광대역 배열 안테나, 반사판 안테나 및 전자 제어 안테나 시스템을 사용하지만, 마름모꼴 안테나는 안테나 이론에서 여전히 중요한 예시로 남아 있습니다.
이는 도체 길이, 진행파 전류, 기하학적 각도 및 전자기장 중첩을 이용하여 안테나의 지향성과 대역폭을 제어하는 방법을 명확하게 보여줍니다.
RF MISO는 RF 테스트, 통신, 레이더, 안테나 측정 및 시스템 통합을 위한 안테나 및 마이크로파 부품 솔루션을 제공합니다. 마름모꼴 안테나와 같은 고전적인 안테나 구조를 이해하면 엔지니어는 주파수 범위, 이득, 편파, 빔 폭, VSWR, 측엽 레벨 및 방사 효율을 포함한 중요한 매개변수를 평가하는 데 도움이 됩니다.
안테나에 대한 자세한 내용을 알아보려면 다음 웹사이트를 방문하세요.
게시 시간: 2026년 7월 24일
