안테나 종류 및 특성 소개

■ 안테나(Antenna)는 라틴어로 "곤충의 촉각"이란 뜻을 지닌 단어에서 유래되었으며, 말할 필요도 없이 무선통신은 공간을 통하여 행하여지는데
이 지구를 둘러싸고 무한의 우주에 연결되어 있는 공간에 촉각, 즉 안테나가 눈에 보이지 않는 전파를 방사하고 있는 것이다.
안테나는 송신시에는 송신기로부터의 전력(고주파에너지)을 전파로 바꾸어 자유공간에 방사하고, 반대로 수신시에는 공간을 전파하는 전파를 수신하여
전력으로 전환하고 수신기에 공급하는 역할을 한다.
이와같이 안테나는 일종의 에너지 변환장치라고 할 수 있고 , 이런점에서 보면 안테나는 스피커나 마이크와 비슷하지만 음파는 공기라는 매질을 통해
에너지를 전달하는데 비해, 전파는 진공중에서도 에너지가 전달되어 도달 범위 및 속도는 음파에 비해 매우 넓고 빠르다.
안테나를 특수한 에너지 변환장치라 보면 일반적으로 변환능률이 좋고, 즉 효율이 좋은 것이 필요할 것이다.
따라서 신호가 수신되지 않는 다는 것은 방사된 전파가 건물 , 산악과 같은 주위 지형에 의해 전파 에너지가 손실되든가, 거리가 멀어 자유공간에서 손실되는
경우이다.안테나는 사용 주파수 대역이나 용도에 따라 여러 가지 종류가 사용된다.

■장파 및 중파 안테나.
1.수직접지 안테나.
· 수직접지 안테나 구조
전류분포는 선단에서 전류는 0이고 접지점에서 최대

· 지향성 -수평 : 무지향성 -수직 : 쌍방원형	·특성 -주로 수직편파이다. -장,중파용 안테나 이다. -접지점에서 급전한다. -입력임피던스는 36.56Ω -1=λ 인때는 수평방향으로 복사는 없어지고 , 1=0.53λ인 부근에서 고각도 복사가 가장 적어지며 1=0.64λ 부근에서는 수평방향의 복사전계가 가장커서 이득도 최대가 된다. -1이 λ/4보다 작아지면 복사저항이 급격히 저하하고 따라서 효율이 나빠지므로 연장선륜이나 무효복사부를 설치하고 접지에 유리.

2.역L형 안테나
· 역L형 안테나 구조

수직 안테나의 꼭대기에서 수평으로 1개 혹은 여러개의 도선을 설치하여 실호고도 높이고 공진도 시키는 방식임

·지향성
· 수평면 내 지향성 : 정부가 비교적 짧으면 무지향성이고 , 긴 경우는 그 선단과 반대방향의 지향성을 갖는다.
-수직면 내 지향성:쌍반원형
·특성
-수평부의 역할:실효 높이의 증대
-수평부에 의한 복사 전계는 수신전압을 유기하지 않는다.

3.페이딩 방지 안테나
·페이딩 방지 안테나 구조
λ/4 수직접지 안테나의 꼭대기에 원정관 (top ring)을 설치하여 등가적으로 0.53λ을 얻는다.

·특징
-중파방송에서 야간에 지표파와 전리층 반사파의 간섭에 의하여 일어나는 근거리 페이딩 방지
-고유 주파수의 저하(고유 파장증대)
-실효고가 증가하므로 복사저항 증가로 효율이 좋아진다.

4.루프안테나
·루프안테나
도선을 원형 또는 직사각형. 정사각형 등으로 1회 또는 수회감은 폐 루프 안테나 이다.

·지향성 및 용도 -8자 지향성(수평) -방향탐지,무선표시 및 측정용으로 사용	·특성 -실효고가 낮다. -야간 오차가 생긴다. -소형으로 이동이 쉽다. -지향특성이 8자형으로 이것을 이용하여 바향을 측정할 때는 180’ 불확정성이 있어. 단일 방향을 결정할 수 없는 단점이 있다.

5.에드콕 안테나
·에드콕 안테나 구조 및 원리

·지향성 용도
-8자 지향성(수평)
-방향탐지의 야간오차 방지

-2조의 길이가 같은 수직접지 않테나(중파용) 또는 수직 더블레트 안테나 (단파용)를 거리 d만큼 간격을 두고 배치한것이다. -2조의 수직 안테나의 유기전압을 평행한 수평도체로 중앙에 도출하여 양 기전력의 차를 뽑아내는 방식

6.웨이브안테나

·웨이브 안테나 구조 지상 5~10m 정도의 높이에 전파의 도래 방향과 수평으로 치고 종단에 특성 임피던스 (300-500Ω)와 같은 값을 갖는 무유도 저항기를 통해 접지한 구조이다. 이것을 Beverage안테나라고 도 부른다

·웨이브 안테나 원리
전파가 불완전 도체의 대지상을 전파할 때 전파의 수직 벡터가 전파의 전파 방향으로 기울어 진다. 이 때문에 생기는
전파의 수평 분력에 의해서 공중선에 전압이 유기되어 수신기에 가해지나 여기서 반사되는 파는 저항(Z)에 흡수되므로
진행파만이 순차로 가해져 일단으로 모이고 최대 전류를 수신기에 주어 반대방향에서 전파는 저항R에 흡수되어 수신기로
입력은 들어가지 않는다

·지향성 단향성(수평)

·특징 -광대역 안테나 -진행파안테나의 일종 -동일 방향에서 도래하는 몇 개의 전파를 동시에 수신할수 있다. -주로 100MHz이하의 수신용 안테나로 사용 -수평편파로 동작

7.기타 안테나
· T형 안테나
· 수직접지 지향성 안테나
· Bellini-Tosi안테나



■단파 안테나

1.다이폴 구조 -수평 다이콜과 수직 다이폴 안테나로 구분 ·지향성 및 용도 -수평 다이폴 안테나: 수평편파가 복사되고 수평 면내 지향성은 8자 -수직 다이폴 안테나:수직편파가 복사되고 수평 지향성은 무지향성 -단파대 이상의 송신안테나로 사용(3MHz-2,500MHz) -빈파장 다이폴 안테나는 접류급전 방식이고 . 1파장의 경우는 전압급전방식

2.빔안테나

·빔 안테나 구조
다수의 반파장 안테나를 동일 평면내에 종횡으로 규칙적으로 배열한 것으로 각 소자의 복사전파가 합성되어 날카로운 지향성을
갖게 된다. 급전방법 등에 의해서 많은 종류의 안테나가 고안되었고, 소자의 배열간격은 급전의 편이상 보통 가로세로 모두λ/2이다.
·빔안테나 종류
-텔레펀켄(Telefunken)형 안테나 => 가로형 빔 안테나
-SFR형 안테나
-스텔바형 안테나
-H형,X형 및 W형 안테나
-다단형 및 일체 신형 안테나
-Pulse형 안테나
·지향성 적의 원리

3.롬빅안테나

·롬빅 안테나의 구조 및 동작원리
-지상 약 20 - 45 m 정도의 높이로 4개의 빈공진선을 마름모꼴로 도선을 배치한 것으로, 보통 1변의 길이 약 3λ -8λ 정도로 잡는데 120m
정도의 것이 많다. 긴 대각선의 한쪽에서 급전하고 다른단의 도선의 임피던스와 같은 저항으로 종단되어 있음
-종단에 파동저항R이 있어 급진선에서 급전할 때 도선의 종단에서 반사파가 없고 진행파만 생긴다.

·용도 및 지향성
-단파 고정통신용 광대역 안테나로 사용
-단파대중 높은쪽 주파수대에 사용
-지향성

·특징
-진행파형 광대역 안테나
-단향성의 예리한 빔을 가지며, 이득은 8~13dB정도이다.
-수평 편파이고 구조가 간단하나 넓은 부지가 필요
-Side lobe가 많고 효율이 나쁘다.

4.Fish Bone 안테나 (어골형 안테나)
·어골형 안테나 구조
-평행 2선식 급전선의 양측에 많은 비 공지소자(집파다이폴:약0.3λ )을 미소 용량(애자의 정전용량을 이용)을 통하여 소결합한 형태
-배열간격은 λ /2정도로 한다.
-급전선의 다른 끝은 종단 저항으로 종단하여 진행파형으로 동작시키고, 길이는 3-5λ 정도로 하고 집파 다이폴은 양쪽에 각각 수십개씩 설치한다.
·지향성
집파다이폴에서 전파를 모으고, 그 기전력을 급전선에 결합시키기 때문에 수신기쪽에 큰 진행파전력이 유기된다.
·특징

-진행파형 광대역 안테나 -너무 밀결합하면 오히려 이득이 떨어진다. -단파대 수신용 안테나 -효율이 약간 낮은편이다.

5.기타안테나
·진행파 V형 안테나
·정재파 V형 안테나
·Zeppelline안테나
·광대역 doublet안테나

■ 초단파 안테나
1.폴디드 다이폴 안테나
·폴디드 다이폴안테나
λ /2파장의 도체를 반파장 다이폴에 아주 근접해서 배치하고 각각 양단을 접속한 형태
·지향성 및 용도
-반파장 다이폴과 같은 지향성을 갖는다.
-단파대에서도 쓰이지만주로 TV또는 초단파용 안테나로 쓰임
·특징
-급전점 임피던스가 약 300Ω으로 2선식 급전선의 특성 임피던스와 가까운 값이어서 정합장치가 불필요하다.
-반파장 다이폴에 비해 광대역성을 갖는다.
-수신용으로 사용할 때 개방전압이 반파 다이폴의 2배가 된다.
2.Braun안테나
·Braun안테나 구조

급전선의 내부도체에 1/4파장의 도선을 수직으로 세우고 급전선의 외부도체에는 길이가 λ /4인 지선을 몇 개 설치하는 방식의 안테나

·지향성
-수평면내 지향성:무지향성
-수직면내 지향성:λ /4 수직접지 공중선과 거의 비슷
·특성
-급전선 외피에서 전파복사가 적고 수신용으로 사용하는 경우에는 잡음 방해가 적고, 구조가 간단하다.
-VHF 대 기지국용으로 많이 사용된다.

3.Whip안테나
·Whip안테나 구조

λ /4의 수직도선을 동축케이블에 접속하고 차체를 접지로 사용한 안테나로서 안테나 부분이 잘휘어지도록 되어있음.

·지향성 및 특징
-수평면내 지향성은 무지향성이다.
-수직편파
-안테나 길이가 너무 길 게 되는 경우 base loading이나 center loading을 하기도 한다.
-자동차, 항공기 및 모터 보트 등에 사용된다.

4.동축 다이폴 안테나(슬리브안테나)
·동축 다이폴 안테나 구조

동축급전선의 내부도체를 λ /4의 원통관을 외측에서 씌어서 급전단에 원통관과 접속한 형태

·동작원리
수직도체와 슬리브의 외측으로 λ /2의 수직 다이폴 안테나로 동작한다.
슬리브는 동축 케이블의 외부도체의 전류가 외부로 흘러나오는 것을 방지하며 불필요한 방사를 억제한다.
·지향성 및 특징
-수직편파이며 수평면내 무지향성이다.
-불평형 안테나, 동축 급전선과 정합장치를 사용하지 않고 접속가능

5.야기 안테나
·야기안테나 구조

반사기(R) ,투사기(P), 도파기(D)로 구성되어 있다. 반사기 : λ /2보다 길고 투사기보다 짧고 , 유도 성분을 갖는다. 투사기: 약 λ /2이고 , 급전을 받아 여진되는 반파 다이폴 또는 폳리드 다이폴이다. 도파기:λ /2보다 짧고, 투사기보다 짧고,용량성분을 갖는다.

·지향성 및 용도
-수평면내 단일지향성
-반치폭:약60도 정도
-TV수신용 또는 고정 통신용 안테나
·특징
-예민한 단향성의 지향특성을 갖는다.
-이득이 높고, 소자수 즉 도파기 수를 증가시키면 이득도 증가된다.
-간 소자 간격은 0.1~0.3λ 범위 내에서 최대의 이득이 얻어지는 값으로 설계
-협대역이다.

6.기타안테나
·헬리컬 안테나
·Collinear-array안테나
·Corner reflector안테나
·대수주기 안테나
·Turnstile안테나

■극 초단파 안테나
1.파라볼라(Parabola)안테나
·파라볼라 안테나 구조

광학에서 포물면경의 초점에서 나온 빛은 반사경에 반사된후 평행광선이 된다는 원리를 이용한 것으로 파라볼라의 초점에 1차 복사기로 전지 나팔, λ /2다이폴 또는 스롯등을 설치하여 여진한다.

·지향성 및 용도
-지향 특성은 초점거리, 개구 직경이 클수록 예민하게 되는데 반치각 θ 는 개구면이 파장이 10배정도이상만 되면 다음과 같은 개략식으로
표현됨 θ ≒ 70λ/D
-극초단파 고정통신, 레이더 및 위성 수신용으로 사용하고 레이더에서는 수평면내 지향성은 방위분해능을 좋게 하기 위해 예민해야 하고
수직면내 지향성은 둔하게 만든 fan beamd이 많이 사용된다.
·특성
-구조가 간단하고 비교적 소형이다.
-광대역 임피던스 정합이 어렵다(대역폭이 비교적 좁다.)
-지향성이 예민하여 이득이 크다.
-1차 복사기의 위치를 약간 이동시키면 beam의 방향을 1° ~ 2° 정도 바꿀 수 있다.

2.전자 나팔(Horn)
·전자나팔의 구조 및 동작원리
도파관의 한쪽에서 전자파를 전송하고 다른쪽을 개방하면 전파는 개방단으로부터 공간에 복사되어 광축방향에 에너지가 집중되어 지향성을 가질 수 있다.
즉 지향성 복사기이며 이때 도파과의 특성 임피던스와 자유공가의 특성 임피던스를 비슷하게 해주기 위하여 (반사파를 없애기 위해 ) 개방단을 나팔형으로
서서히 넓힌다.

·특징 및 용도
-지향성이 예민하다.
-구조가 간단하고 광대역성이며 side lobe가 적다.
-개구 면적이 클수록 이득이 커지고, 개구 면적을 일정하게 해서 벌어지는 각을 작게 하면 지향성과 이득이 커진다.
-이득의 표준안테나로 사용할 수 있다.
-포물면 반사기나 전파렌즈 따위와 조합하여 여진용으로 사용

3.카세그레인(Cassegrain)안테나
·카세그레인 안테나 구조

1차복사기 , 부반사기 및 주반시기로 구성된 것으로 1차 복사기는 주 반사기쪽에 설치하고 부 반사기는 초점보다 조금 앞쪽에 볼록 쌍곡면을 설치한 형태(부반사기로 오목 타원체를 사용한 것으로 그레고리 안테나라 한다.)

·특징 및 용도
-1차 복사기와 송수신기가 직결 되기 때문에 급전계 전송손실이 작다.
-초점 거리가 짧고 반사기에 높은 이득이 얻어진다.
-side lobe가 지극히 작다.
-우주공간으로 방사하는 경우 부반사기로 부터의 누설전력이 천체를 향하기 때문에 대지 반사파를 받는 것이 적다.
-저잡음 안테나
-위성통신 안테나로 많이 사용

4.horn reflector안테나
·horn reflector안테나의 구조

각추형 또는 원추형 나팔과 파라볼라 반사기의 일부를 결합한 것으로 1차복사기의 정점과 파라볼라 반사기의 초점을 일치시키고 나팔에서 전송된 구면파는 반사기에서 반사된후 평면파가 되어 안테나의 개구면에서 복사된다

·특징
-반사경에 급전하는 방향과 복사축의 방향이 다른 off-set형식이므로 경면의 반사파가 급전점에 되돌아 가는 양이 대단히 작고 임피던스의
부정합이 일어나지 않는다.
-매우 광대역이다.
-개구 효율이 0.6~0.8 정도로 높고 이득도 45dB이상으로 매우 높다.
-저잡음 특성이 있다.
-수직,수평, 원편파의 어느쪽으로도 사용할 수 있다.

5.기타안테나
·전파렌즈
·Slot안테나
·유전체안테나