로그 주기적 다이폴 어레이 안테나: 전체 가이드

오늘날 기술은 비약적으로 발전하고 있습니다. 통신은 이러한 급속한 성장에서 중요한 역할을 하며 안테나는 가장 중요한 구성 요소 중 하나입니다. 로그 주기적 다이폴 어레이 안테나(LPDA 안테나)는 최신 방송 및 통신 시스템에서 중요한 역할을 합니다. 로그 주기적 다이폴 어레이 안테나는 여러 소자가 특정 패턴으로 배열된 지향성 안테나입니다. 안테나 요소의 길이는 일반적으로 안테나 앞쪽으로 갈수록 짧아지고 길이가 다른 요소를 사용하면 서로 다른 주파수를 포착할 수 있으므로 다양한 주파수에서 강력하고 다양한 통신 솔루션이 필요한 애플리케이션에 이상적입니다. 이러한 안테나의 임피던스는 주파수의 로그 주기적 함수이기 때문에 로그 주기적 안테나로 명명되었습니다. 로그 주기적 안테나는 일반적으로 텔레비전 방송, 광대역 모니터링, 측정 시스템 등과 같이 서로 다른 주파수를 서로 다른 각도에서 송신하거나 수신해야 하는 애플리케이션에 사용됩니다.

LPDA 안테나의 역사와 발전

로그 주기적 안테나는 미국 전기 엔지니어가 발명 한 것으로 간주됩니다. 드와이트 E. 이스벨 와 그의 동료 레이몬드 뒤하멜이 1957~1958년에 이 개념에 관한 논문을 발표했습니다. 이후 이 개념은 폴 메이즈에 의해 더욱 발전했습니다. 통나무 주기 안테나의 개념은 이 발명가들의 연구에 따라 미국 일리노이 대학교에서 특허를 받았습니다. 그러나 1952년 존 던라비가 발명했다는 설도 있지만, 미 공군에서 근무하는 동안 비밀 임무로 발명된 것이기 때문에 제대로 인정받지 못했습니다.

로그 주기적 안테나의 설계 특징

로그 주기 안테나는 선형 또는 평면 구성으로 배열된 길이와 간격이 다른 여러 개의 다이폴 요소로 구성됩니다. 일반적으로 요소의 길이가 안테나 앞쪽으로 갈수록 줄어들고 주파수의 로그 함수에 따라 특정 간격으로 위상이 번갈아 가며 배열됩니다. 이러한 안테나 요소는 일반적으로 알루미늄 또는 구리와 같은 전도성 재료로 만들어지며 일반적으로 비전도성 재료로 만들어진 지지 구조의 양쪽에 평행하게 장착됩니다. 로그 주기적 안테나의 성능 특성은 요소의 길이, 간격, 위상차 및 로그 진행에 따라 달라집니다.

로그 주기적 안테나는 주파수 의존 위상 반전 원리를 기반으로 작동합니다. 각 요소는 서로 다른 주파수에서 공진하며 주파수가 증가하면 공진 요소가 작은 요소 쪽으로 이동하여 중앙 구조를 따라 이동하는 파동과 같은 신호를 생성합니다. 이 메커니즘은 로그 주기적 안테나에서 일관된 이득과 임피던스로 광대역 주파수 응답을 제공합니다.

주요 매개변수

로그 주기성 안테나의 주요 성능 파라미터를 고려할 때, 여러 주파수 대역에서 작동할 수 있습니다. 로그 주기성 안테나는 설계에 따라 수 메가헤르츠에서 수 기가헤르츠까지 광범위한 주파수 범위에서 작동할 수 있습니다. 로그 주기형 안테나는 방사 패턴과 지향성 때문에 상대적으로 높은 이득을 갖는 데 사용됩니다. 이 안테나는 약 10-11dBi의 피크 이득으로 작동할 수 있으며 이득은 일반적으로 5~15 dBi 사이에서 다양합니다. 로그 주기적 안테나의 작동 범위는 주파수, 이득뿐만 아니라 환경 요인 및 장애물이나 간섭과 같은 모든 요인에 따라 달라집니다. 로그 주기형 안테나는 대부분의 경우 일반 N형 암 커넥터를 사용하며 일반적으로 폴 또는 마스트에 장착됩니다. 그러나 로그 주기형 안테나는 매우 컴팩트한 패널형 디자인으로도 제공되므로 유형에 따라 달라질 수 있습니다.

로그 주기적 안테나의 주요 기능

로그 주기 안테나의 주요 특징으로는 광대역 주파수 범위, 지향성 이득, 컴팩트한 디자인 등이 있습니다.

• 광대역 주파수 범위

로그 주기적 안테나는 다양한 길이의 전도성 안테나 소자가 존재하기 때문에 넓은 주파수 범위에서 작동할 수 있습니다. 넓은 주파수 스펙트럼을 커버하므로 다양한 통신 및 RF 애플리케이션에 적합한 안테나 옵션입니다. 이를 통해 사용자는 단일 안테나를 사용하여 서로 다른 주파수의 다양한 채널에서 통신할 수 있습니다. 따라서 로그 주기형 안테나는 이러한 시나리오에서 안정적이고 중단 없는 통신을 보장할 수 있으므로 운영 환경이 동적이거나 빠르게 변화하는 애플리케이션에서 매우 유용합니다.

• 방향성 이득

로그 주기형 안테나는 이득이 안정적이라는 것이 가장 큰 장점입니다. 주파수가 변화하거나 변동하는 경우에도 높고 안정적인 방향성 이득 성능을 유지할 수 있습니다. 따라서 로그 주기적 안테나는 다양한 주파수 대역에서 일관된 방향성 이득을 제공할 수 있습니다. 높은 방향성 이득으로 인해 특정 방향으로 신호를 타겟팅하여 해당 방향의 통신 범위를 늘릴 수 있습니다. 이러한 특징 덕분에 로그 주기적 안테나는 효과적이고 정밀한 장거리 통신이 필요한 애플리케이션에 이상적입니다.  

• 컴팩트한 디자인

로그 주기형 안테나는 디자인과 구조가 단순합니다. 일반적으로 크기가 작기 때문에 공간 제약이 있는 애플리케이션에서 쉽게 사용할 수 있습니다. 정적 및 모바일 애플리케이션 모두에서 편리하게 사용할 수 있습니다. 로그 주기형 안테나는 컴팩트한 디자인으로 인해 제조 및 설치가 비교적 쉽습니다.

로그 주기적 안테나의 유형

로그 주기적 안테나는 다양한 형태와 주파수로 제공됩니다. 가장 일반적인 네 가지 유형의 안테나를 아래에 설명합니다.

• 로그 주기적 쌍극자 배열(LPDA)

가장 일반적인 유형의 로그 주기적 안테나입니다. 이름에서 알 수 있듯이 LDPA 안테나는 다이폴 안테나 소자가 길이를 늘려 배열되어 지지 붐의 양쪽을 따라 장착되어 있습니다. 안테나 요소는 피드 라인에 병렬로 연결되며 가장 긴 다이폴이 반사기 역할을 합니다. LPDA 안테나는 일반적으로 단일 포트를 통해 가장 짧은 하프 다이폴 소자로부터 전원이 공급됩니다. LPDA는 일반적으로 광범위한 주파수 범위에서 균일한 입력 임피던스, VSWR 및 방사 특성으로 작동합니다. 이러한 유형의 로그 주기적 안테나는 일반적으로 텔레비전 수신 및 라디오 애플리케이션에 사용됩니다.

• 로그 주기적 모노폴 안테나

로그 주기적 모노폴 안테나는 LPDA와 매우 유사합니다. 이 변형에서는 다음과 같은 대신 모노폴이 사용됩니다.

다이폴을 안테나에 장착하고 일반적으로 전도성 접지면에 장착합니다. 이 설계는 이득 측면에서 성능이 향상되었으며 일반적으로 지상 기반 통신 시스템에서 사용됩니다.

• 평면 로그 주기적 안테나

이 유형의 로그 주기형 안테나는 PCB와 유사한 평면 기판에 안테나 소자가 인쇄되어 있습니다. 컴팩트한 디자인으로 인해 공간 제약이 있는 소형 디바이스나 모바일 애플리케이션에 사용하기에 이상적입니다. 또한 레이더 및 마이크로파 애플리케이션에도 일반적으로 사용됩니다.

• 와이어 로그-주기적 안테나

다른 로그 주기형 안테나와 마찬가지로 와이어 로그 주기형 안테나에도 여러 개의 안테나 요소가 있습니다. 그러나 이러한 안테나는 일반적인 솔리드 요소 대신 단단한 프레임 또는 붐 구조에 지지된 와이어를 사용하여 만든 안테나 요소로 구성됩니다.

로그 주기 안테나 대 야기 안테나

LPDA 안테나와 야기 안테나는 매우 유사합니다. 그러나 물리적 구조와 설계는 물론 성능 매개변수 측면에서 고유한 몇 가지 주요 차이점이 있습니다.

로그 주기형 안테나는 일반적으로 삼각형 구조를 가지며 붐형 구조의 양쪽에 특정 배열로 배열된 서로 다른 길이와 거리를 가진 여러 안테나 요소로 구성됩니다. 야기 안테나는 붐형 구조를 따라 어레이로 배열된 로그 주기형 안테나와 달리 일반적으로 동일한 길이의 여러 안테나 소자를 사용하여 구조가 더 선형적입니다. 안테나 소자의 길이가 비슷하기 때문에 야기 안테나는 로그 주기형 안테나보다 구성 및 제조가 약간 더 쉬운 것으로 간주됩니다. 로그 주기형 안테나는 소자의 길이, 간격, 위상차를 정밀하게 계산하고 구현해야 하므로 설계 및 제작이 약간 더 복잡합니다. 또한 야기 안테나는 일반적으로 로그 주기형 안테나보다 부피가 더 큽니다. 그러나 야기 안테나는 특정 방향으로 최적의 성능을 내기 위해 더 정밀한 정렬이 필요하기 때문에 로그 주기형 안테나는 야기 안테나보다 설치가 상대적으로 쉽습니다.

성능 매개변수를 고려할 때 로그 주기형 안테나와 야기 안테나는 모두 광범위한 주파수 대역에서 사용할 수 있습니다. 로그 주기형 안테나는 일반적으로 30 ~ 4200 MHz의 주파수 범위에서 작동하는 반면, 야기 안테나는 30 ~ 3000 MHz에서 작동합니다. 로그 주기형 안테나는 방사 패턴이 더 넓기 때문에 이득이 낮고 야기 안테나에 비해 방향성이 낮습니다. 야기 안테나는 지향성이 높고 대역폭이 좁기 때문에 특정 방향에서 이득이 훨씬 높습니다. 야기 안테나의 신호는 약 45도~90도 각도의 커버리지 영역에 집중되는 반면, 로그 주기형 안테나는 길이와 간격이 다른 안테나 소자를 사용하기 때문에 훨씬 더 넓은 커버리지 영역을 가질 수 있습니다.

로그 주기성 안테나와 야기 안테나는 적용 분야도 다양합니다. 로그 주기적 안테나는 일반적으로 여러 방향과 여러 다른 주파수로 동시에 신호를 송수신해야 하는 애플리케이션에 사용됩니다. LPWAN, LoRa, LTE-M, NB-IoT, IoT, M2M 애플리케이션 등에 사용됩니다. 야기 안테나는 방향성이 강하고 특정 방향에 대한 이득이 높기 때문에 방송, 가정용 및 상업용 무선 통신 애플리케이션과 같은 지점 간 통신 시스템에 더 적합합니다.

야기 안테나와 로그 주기적 안테나의 초기 설치 비용과 유지 관리 비용은 모두 비교적 비슷합니다. 그러나 로그 주기적 안테나는 일반적으로 다양한 주파수가 필요한 사용 사례에 사용할 수 있기 때문에 더 다재다능한 것으로 간주됩니다. 야기 안테나는 한 방향의 성능을 최적의 수준으로 유지하기 위해 더 정기적인 유지 관리가 필요합니다.

로그 주기적 안테나의 장점

로그 주기형 안테나는 성능 면에서 주요 이점이 있기 때문에 다양한 통신 시스템에 사용되는 매우 다재다능한 유형의 안테나입니다. 아래에서는 이러한 장점 중 몇 가지에 대해 설명합니다.

• 넓은 대역폭

로그 주기적 안테나는 광범위한 주파수를 커버할 수 있으며 튜닝이나 조정이 필요 없는 넓은 대역폭으로 인해 여러 주파수 대역에서 작동할 수 있습니다. 따라서 로그 주기적 안테나는 하나의 안테나가 서로 다른 주파수 범위에 맞게 설계된 여러 개의 안테나를 대체할 수 있으므로 다용도 안테나로 간주됩니다. 이 때문에 로그 주기적 안테나는 다목적이며 비용 효율적입니다.

• 방향성 방사 패턴

로그 주기형 안테나는 지향성 방사 패턴을 가지고 있습니다. 따라서 특정 방향으로 에너지를 집중할 수 있어 장거리 통신에 이상적입니다. 로그 주기형 안테나의 방사 패턴은 측면 로브가 낮기 때문에 대부분의 에너지를 원하는 방향으로 방사하고 다른 방향으로 낭비되는 에너지를 최소화합니다. 이러한 방향성 패턴은 다른 원치 않는 신호와 장애물의 간섭에 대한 저항력을 높여줍니다. 이는 신호 대 잡음비를 개선하는 데에도 도움이 됩니다.

• 높은 이득

로그 주기형 안테나는 일반적으로 지향성 방사 패턴으로 인해 이득이 더 높습니다. 따라서 더 먼 거리에서 높은 효율로 신호를 송수신할 수 있습니다. 통신 시스템에서 높은 이득은 더 넓은 범위에서 강력하고 안정적인 신호를 유지하기 위한 중요한 매개변수입니다.

• 컴팩트한 사이즈

로그 주기형 안테나는 일반적으로 다른 유형의 안테나에 비해 작고 컴팩트하게 설계되어 공간 제약이 있는 애플리케이션에 사용할 수 있습니다. 고정 및 모바일 애플리케이션 모두에 사용하기에 이상적입니다.

전반적으로 로그 주기형 안테나는 넓은 주파수 범위, 높은 이득, 지향성 방사 패턴, 컴팩트한 크기 등의 주요 이점을 제공하여 통신 및 방송의 다양한 애플리케이션에 다목적이며 편리한 옵션이 될 수 있습니다.

단점 및 제한 사항

로그 주기적 안테나는 몇 가지 주요 장점이 있지만, 언제나 그렇듯 한계도 적지 않습니다.

• 복잡한 설계 및 시공

로그 주기 안테나는 여러 다른 주파수에서 작동하도록 제작되므로 설계가 정밀해야 합니다. 안테나 소자의 길이, 소자의 간격과 배치, 소자 간의 위상차 등을 모두 고려해야 합니다. 설계와 시공이 복잡하기 때문에 로그 주기형 안테나는 상대적으로 가격이 비싼 경향이 있습니다.

• 조립 및 유지 관리

통나무 주기형 안테나는 정확한 간격과 배치가 필요한 여러 요소가 있기 때문에 설치 및 유지보수가 다소 복잡하고 시간이 많이 소요될 수 있습니다. 또한 안테나가 안정적이고 정확한 신호 송수신으로 최적의 상태로 지속적으로 작동하도록 하기 위해서는 로그 주기적 안테나에 대한 정기적인 유지보수가 필요합니다.

• 간섭

특히 실외 애플리케이션에서 로그 주기형 안테나는 다른 신호나 물리적 장애물로부터 간섭을 받는 경향이 있습니다. 또한 강풍과 같은 기상 조건의 영향을 받아 바람에 의한 하중에 취약할 수 있습니다.

로그 주기적 안테나의 애플리케이션

이 글 전체에서 설명한 것처럼 로그 주기적 안테나는 매우 다재다능하기 때문에 여러 산업 분야에서 다양한 애플리케이션에 사용됩니다. 몇 가지 일반적인 사용 사례는 아래에 설명되어 있습니다.

• 텔레비전 및 라디오 방송

로그 주기형 안테나는 넓은 주파수 범위에서 작동할 수 있어 여러 채널과 방송국에서 콘텐츠를 제공할 수 있기 때문에 일반적으로 TV 및 라디오 방송에서 신호를 수신하고 전송하는 데 사용됩니다. 로그 주기성 안테나의 설계 및 성능 특성으로 인해 로그 주기성 안테나를 사용하면 단일 안테나를 여러 주파수 대역에 사용할 수 있습니다.

• WiFi

로그 주기적 안테나는 일반적으로 WiFi 네트워크를 구축하는 데에도 사용됩니다. 안정적이고 강력한 무선 인터넷 연결을 제공할 수 있으므로 WiFi 애플리케이션을 위한 신호를 송수신하는 데 사용할 수 있습니다.

• 셀룰러 네트워크

와이파이 네트워크와 마찬가지로 셀룰러 네트워크에서도 셀 타워에서 신호를 송수신하여 모바일 통신을 가능하게 하는 데 사용됩니다. 방향성과 이득을 통해 특정 방향으로 신호를 강하게 집중시킬 수 있으므로 장거리 연결이 가능합니다.

• 신호 부스터

로그 주기형 안테나는 신호 부스터 시스템에도 일반적으로 사용됩니다. 높은 이득과 지향성으로 신호의 강도와 범위를 향상시켜 수신 및 전송을 개선하므로 신호 부스터에 이상적입니다.

• 분산 안테나 시스템(DAS)

로그 주기형 안테나는 DAS 설치에도 일반적으로 사용됩니다. 넓은 대역폭, 높은 이득 및 지향성은 대형 건물, 경기장, 공항 및 기타 공공장소에서 통신 시스템의 무선 커버리지와 용량을 개선하는 데 도움이 됩니다.

설치 및 유지 관리

로그 주기적 안테나의 설치 프로세스는 사이트 선택부터 시작됩니다. 최적의 성능을 보장하려면 장애물과 간섭이 최소화된 위치를 선택하는 것이 중요합니다. 기타 기상 조건 및 환경 요인도 고려해야 합니다. 통나무 주기 안테나는 일반적으로 신호 경로의 장애물을 최소화하기 위해 마스트나 기둥에 장착합니다. 안테나의 안정성과 올바른 정렬을 보장하기 위해 안테나를 단단히 장착하는 것이 중요합니다. 전송 중 신호 손실을 최소화하려면 고품질 동축 케이블과 커넥터를 사용해야 합니다. 고려해야 할 또 다른 요소는 적절한 접지이며, 이는 발생할 수 있는 전기 서지로부터 안테나를 보호하는 데 중요합니다. 원하는 주파수 범위에서 특정 방향으로 최적의 성능을 발휘하려면 안테나를 올바른 방향으로 올바르게 배치하고 올바르게 정렬하는 것이 필수적입니다. 마지막으로, 로그 주기적 안테나의 최적의 품질과 안정적인 성능을 달성하기 위해 충분한 테스트를 수행하고 필요한 조정을 통해 미세 조정하는 것이 중요합니다.

사례 연구

로그 주기적 안테나는 많은 산업 분야에서 사용되며 이 글에서 설명한 대로 다양한 사용 사례가 있습니다. 아래에는 로그 주기적 안테나의 실제 시나리오와 적용 사례 몇 가지가 설명되어 있습니다.

• 방송

로그 주기형 안테나는 안테나 소자의 길이와 위상차가 다른 구조로 인해 광범위한 주파수 스펙트럼을 커버할 수 있으므로 라디오와 텔레비전 방송에 모두 일반적으로 사용됩니다. 따라서 로그 주기형 안테나는 도시 지역과 외딴 지역 모두에서 다양한 채널에 걸쳐 신호를 전송하여 효율적이고 안정적인 방식으로 커버리지를 제공하는 데 널리 사용됩니다.

• 군사 및 방위

로그 주기적 안테나는 다양한 방위 및 안전 애플리케이션을 위해 군사 및 방위 산업에서 널리 사용됩니다. 일반적으로 항공기, 위성, 레이더 시스템, 군사 장비 등에서 신호 송수신을 위해 사용됩니다. 로그 주기적 안테나는 넓은 대역폭과 높은 지향성에서 안정적으로 통신을 제공할 수 있어 군의 중요한 임무와 감시 작전에 이상적입니다. 군사 및 국방 분야에서 군인들은 로그 주기적 안테나로 구동되는 디바이스를 사용하여 여러 작전 지역에 걸쳐 연결 상태를 유지합니다. 이는 로그 주기적 안테나를 통해 송수신되는 신호의 신뢰성과 안정성 덕분에 가능합니다. 또한 로그 주기적 안테나는 군사 및 방위 임무의 감시 애플리케이션에도 널리 사용됩니다. 신호를 신속하게 송수신할 수 있어 중요한 임무에서 중요한 역할을 합니다. 로그 주기적 안테나는 원격 센서, 드론, 지휘 센터 간에 실시간 데이터 교환을 가능하게 합니다. 이를 통해 군대 요원은 군사 및 방위 업무에서 시간이 중요한 상황에서 정보에 입각한 결정을 내릴 수 있습니다.

• 전자전

로그 주기적 안테나는 전자전 시스템에서도 필수적인 요소입니다. 높은 방향성 이득과 표적 신호 전송은 적의 장치를 식별하고 적의 통신 신호를 가로채고 방해하는 데 매우 중요합니다. 전자전에서 로그 주기형 안테나는 광대역 기능과 지향성 성능을 활용하여 통신을 가로채거나 방해하거나 보안을 유지하기 위한 시스템의 일부로 사용됩니다. 이는 전쟁에서 적의 통신 신호를 효과적으로 반격하여 전장에서 전술적 이점을 확보하는 데 매우 중요합니다.

결론

로그 주기성 안테나는 현대 안테나 기술 환경에서 중요한 구성 요소입니다. 로그 주기성 안테나는 다양한 모양, 크기 및 구성으로 제공되며 그중에서도 로그 주기적 다이폴 어레이 안테나가 가장 많이 사용되는 로그 주기성 안테나 유형으로 선두에 서 있습니다. LPDA 안테나는 안테나의 임피던스가 작동 주파수의 로그 주기적 함수가 되도록 작동합니다. 텔레비전 방송부터 WiFi 및 셀룰러 시스템, 중요한 군사 및 방위 애플리케이션에 이르기까지 광범위한 애플리케이션을 지원할 수 있습니다. 로그 주기적 안테나는 넓은 주파수 범위에서 작동하는 능력, 방향성 용량, 컴팩트한 디자인 덕분에 통신 시스템을 개선하려는 소비자에게 다목적 장치이자 편리한 솔루션입니다.