안테나 이득에 대한 설명 동영상 링크 잘 들어도 뭔 말인지 모르지만 듣고 듣고 또 들으면 뭔가 나올 것이라 믿어의심치 않음. ㅋㅋㅋㅋ
The ration between the maximal power density of an antenna at a given distance to the power density of an optimal omnidirectional antenna at the same distance,radiating the same power, is the antenna Gain.
동일한 거리로, 동일한 출력을 방사하는 상태에서 최적조건의 무지향성 안테나의 전력(출력)밀도에 대해 주어진(방향성을 가진) 거리에서 (비)방사형 안테나의 최대 출력(전력) 밀도 간의 할당량(비율)이 안테나 이득이다.
--- 글자대로 의역없이 직역으로 해석하면 뭔 말인지 나도 도통 모르겠다.
쉽게 이런 내용인 듯 싶다. 무지향성 안테나(기준 안테나)의 정상 출력 대비 지향성 안테나의 최대 출력 비율.... 뭐 이쯤 된다는 소린 것 같다.
안테나를 무지향성으로 만들면 사방 팔방 16방, 32방..... 구의 형태로 방사되는 것은 당연한 이치이다.
이걸 방향성을 갖도록 제작하면 사방 팔방이 아닌 단 방향 또는 쌍 방향의 특정 방향으로만 전파가 방사될 것이다.
즉, 분수대를 예를 들어 생각해보자.
분수대 종류 중에 이쁘게 공모양으로 물이 분출되는 분수대가 공원에 가면 있다. 본적이 있으면 이해가 아주 쉬워지는데.....
이 분수대는 실제로 보면 그 공모양의 분출구에는 구멍이 나있다. 물발이 균등하게 분출하도록 구의 형태로 유지되도록 원형을 그리며 뚫려져 있다.
이 분수대를 가동시키면 둥글게 물이 분출되어 물이 작은 공모양을 만들어지는 것을 보게된다.
자세히 보면 공모양은 크기가 작다. 즉 직경이 작은 것을 알 수 있다. 물이 분출되면서 주변으로 공모양 형태를 유지하므로 주변으로 퍼지는 범위가 크게 되지 못함을 직관적으로 알수 있다.
이번에는 분출되는 물의 구멍들 중에서 반을 갈라 반쪽을 막아 놓으면 나머지 반원쪽으로만 물이 분출되고 물의 분출량이 증가되어 약간 찌그러진 듯한 반원이 생기되 훨씬 범위(반원의 직경)가 넓어질 것이다. 당연하다. 동일한 물량이 뿜어져 나오는데 한 쪽 반원이 안나오게 했으니 다른 쪽으로 쏠려서 물이 더 밀어내어 분출되니 말이다.
또한 이걸 다시 나누어 4분의 1 형태의 반원형으로 만들면 어떨까?
분출되는 물량이 처음과 동일한 상태에서 오직 뚫린 분수대 구멍으로만 쏠리게 되어 똑같이 범위는 늘고 특정 장소(방향)로만 물발이 진행할 것이다.
이젠 모두 구멍을 막고 한 곳만 뚫어놓으면 어떻게 될까...... 뻔하다. 한 구멍에서 멋지게 오줌발 처럼 쭉 뻗어나가는 물발이 말들어질 것이다. 이놈을 보니 영락없는 방향성을 갖는다. 처음의 원의 모양은 간데 없고 직선상에서 거리만 가지고 멀리 뻗어가는 걸 알 수 있다.
안테나 이득이란 말을 따온 방법이 이 분수대의 예와 같다.
다른 쪽으로 날아가는 전파의 방향은 모두 죽여버리고 내가 원하는 방향으로만 같은 량의 전파를 쏴서 보내고자 하면 무지향성 즉 사방 팔방으로 날려보냈을 때보다 더 멀리 더 많은 양의 전파를 받는 입장에서 좋은 신호로 들어오게 되는 것이다. 그러니 이득이라는 표현이 등장하는 것이다.
본시 이득이라는 것이 증폭기나 반도체 출력 값 처럼 입력대비 출력의 비 처럼 효율의 식 형태로 기술되는 것이 정석이지만
안테나는 수동소자이기 때문에 그냥 증폭이라기보다 불필요한 방향은 죽이고 이 죽인 부분을 방향성을 갖는 곳으로 몰아버리고 한 방향으로만 날려보내는 형태의 장난질을 얼마나 잘 하는가 하는 방식으로 설명된다.
정작 수신하는 입장에서는 (원거리에 있는 사람으로서는) 내가 전파를 못 받으면 그 자체가 무의미한 것이니 안테나 이득이 당연히 중히 여겨지는 것이다.
그것을 수식으로 표현한 것이 이득 공식이라고 생각하면 가장 이해하기 쉬울 듯 싶다. 내생각에.....
[정보통신 용어사전에 기술된 안테나 이득의 정의]
| 안테나 이득 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| antenna gain, -利得 [무선] | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 2006.06.16 일에 최종수정 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
[데시벨 dB 의 정의]
출처 : http://www.dhtsound.com 데시벨(DB) 산출 방법
데시벨(db)에 대하여
데시벨(dB)이라는 단위는, 앰프의 설계나 측정, 성능 평가의 지표등 다양한 용도로 사용됩니다. 데시벨의「데시」는「데시 · 리터(dl=1/10 리터)」의「데시」와 같은 의미이며, 데시벨의 원래의 단위는「벨」입니다. 그리고「벨」은 전화를 발명한 그라함 · 벨의 이름입니다. 오늘날 전자 공학 기술의 뿌리는, 그라함 · 벨까지 소급하는 알 수 있습니다. 뒤에 미국에서 벨 연구소가 설립되었습니다만, 이 벨연구소에는 세계 최고 레벨의 두뇌가 모여, 전화,군사 통신 분야에서 진공관의 연구 개발( 뒤의 웨스턴 일렉트릭의 뿌리가 됨)및 오늘날의 컴퓨터 것에 이르기까지 정보기술과 우주 개발( 뒤의 NASA)에 까지 범위를 넓혀 갑니다. 암기할 것이 있읍니다. 데시벨 산출의 스타트 라인은 이것입니다.
0dB = 1배
그리고,
6dB = 2배, 12dB = 4배, 18dB = 8배
그리고,
-6dB = 1/2배, -12dB = 1/4배, -18dB = 1/8배
라는 식입니다. 즉, 데시벨은 n배를 나타내는 지표(엄밀하게 좀 다릅니다만)라고 생각하면 알기 쉽습니다. 그리고, 데시벨(dB)은 등차 수열인데 대응하는 배수는 등비 수열입니다. 데시벨의 단위가,
y(dB) = 20log10x(배)
로 표현되기 때문입니다. 그렇기 때문에, 좀 더 정확하게 하면, 6dB = 2배가 아니고, 6.0206dB = 2배입니다. 그러나, 여기서 수학에 대해 지루하게 설명할 필요가 없읍니다. 수학에 서투른 사람도 마음 편하게 회로 해석이나 설계를 할 수 있도록 쉽게 생각하면 됩니다.
그런데, 0dB=1배라고 하는 것은「증폭율이 1배이다」라고 하는 말과「이득이 0dB이다」라고 하는 말이 같은 의미가 됩니다. 이득이 6dB인 앰프에서는, 증폭율은 2배라고 하는 것이 되고, 신호가 2분의 1이 되는 것 같은 아테뉴에이터의 이득은 -6dB이라는 식으로도 사용합니다.
그러면, 증폭율이 2배인 증폭 회로와 4배인 증폭 회로가 있고, 이것으로 2단구성으로 했다고 하면, 전체 증폭율은 2×4=8배가 됩니다. 증폭율의 경우는 이와 같이 곱셈이 됩니다.
이번은 같은 계산을 데시벨을 사용하여 봅니다. 이득이 6dB인 증폭 회로와 12dB인 증폭 회로를 2단으로 한 경우의 이득은, 6+12=18dB이 됩니다. 18dB이라고 하는 것은 아래표에서 알 수 있듯이 8배입니다. 이와 같이, 데시벨을 사용하면 증폭율( 즉 이득)의 계산이, 곱셈(나눗셈)이 아니고 덧셈(뺄셈)으로 가능하게 됩니다.이것을 데시벨산출이라고 합니다.
데시벨산출에서는, 20dB이 정확히 10배에 해당합니다. 그렇기 때문에 40dB이 100배에 해당하고, 60dB이 1000배가 됩니다. 데시벨과 배수의 관계를 아래 표에서 정리해 보았습니다.
예를 들면, 28dB이 몇 배인가 알고 싶을 때는, 이것을 8dB+20dB라고 생각하여 윗 표를 봅니다. 8dB=2.5배, 20dB=10배이기 때문에 28dB=2.5×10=25배와 같이 간단하게 계산 할 수 있습니다. 48dB 경우도 이와 같이 생각하면 250배인 것을 바로 알 수 있읍니다. 익숙해지면 데시벨(dB)로 말하는 편이 편합니다. 사용방법전압 이득앞에서 전압 이득을 중심으로 데시벨을 설명했습니다. 다시한번 모면, 초단의 증폭율이100배(40dB)로써, 도중에1/5(-14dB)로 감쇠하는 아테뉴에이터 있고, 종단의 증폭율이 10배(20dB)인 경우의 전체의 이득은,
40 + (-14) + 20 = 46(dB)
즉, 200배로 계산됩니다. 신호 전압데시벨이라는 단위는, 이득(증폭율,감쇠율)뿐만 아니라, 신호 전압 레벨을 나타낼 때에도 사용합니다. 신호 전압 레벨을 데시벨로 나타내는 경우는, 우선,
0dB = 몇 V？
라고 하는 기준을 결정해 주어야 합니다. 예를 들면,
0dB = 1V
이라고 결정한 경우, 2V는 6dB, 10V는 20dB, 10mV는 -40dB라고 나타내는 것이 가능합니다. 오디오앰프의 세계에서는, 0dB=1V로 하는 것이 일반적이지만 ,600Ω전송 체계에서는 0dB=0.775V로 하는 것도 있습니다. 이것은, 600Ω부하로 1mW의 전력이 되게 하는 전압이 약 0.775V이므로, 이것을 기준으로 하고 있습니다. 이것을0dBm과 같이 표기합니다.
그리고, 50Ω의 전송체계에서는, 약 0.224V로 1mW가 되기 때문에, 이 경우는, 0dBm=0.224V라고 하는 것이 됩니다. 어쨌든, 신호 전압 레벨을 데시벨로 나타내는 때는, 반드시「0dB=몇 V」라고 하는 기준점을, dBm과 같이 표기하는 경우는「몇Ω의 전송체계」인지를 명기 하지 않으면 안 됩니다.
S/N 비「S/N 비」의「S」는「Signal」,「N」은「Noise」의 약어이기 때문에, 문자 그대로 신호대 잡음의 비율을 나타내는 지표입니다 .데시벨이, 배율을 나타내는 지표인 것을 이용해, 잡음과 신호의 비율도 데시벨로 표현하는 것은 아시는 봐와 같읍니다.
기준이 되는 출력 전압이 1V인 프리앰프에 있어서, 잡음 성분이 1mV있는 경우 (즉1000:1의 비율), 앞의 표에 따라 계산하면 -60dB라는 하는 값이 구해집니다. (주：잡음의 측정 및 표기에는, 이외에 다양한 약속이 있어,이 예와 같이 단순한 것이 아닙니다만 주제에서 벗어나므로 여기에서는 생략합니다.) [출처] 데시벨(DB) 산출 방법|작성자 깡우 |
안테나의 빔폭(Beam Width)에 대한 소견
지향성(방향성) 안테나는 전파가 멀리 전달되어 갈 수록 즉, 거리가 멀어질수록 전력밀도(즉 전계와 자계의 영향을 받는 영역 - 쉽게 말해 전파수신이 가능한 범위)가 낮아져 버린다.
빔폭이란 전파가 전달되어 수신되는 영역, 즉 전력밀도가 작용하는 범위 또는 영역이다. 빔폭을 벗어나면 수신이 안되는 것이 당연하다.
따라서, 거리가 멀어질 수록 전력밀도는 낮아지고 빔폭이 확장되므로 방향성이 줄어들어 이득이 나빠진다.
수신하는 입장에서는 빔폭이 좁을 수록 이득이 크게된다.
빔폭을 줄이면 - 방향성을 더 좋게 하면 - 거리가 멀더라도 처음에 거리가 가까울 때와 비교해서 수신측의 전력밀도가 동일하게 적용되므로 송신기 출력을 증가하지 않더라도 동일한 출력으로 먼거리까지 전파를 보낼 수 있다는 것이다.
다시 말해 빔폭을 줄이면 원거리에 대해 송신출력을 증가하는 효과를 얻을 수 있다는 것이다.
그래서, 다이폴 안테나보다 야기 안테나가 이득이 좋다고 한다. 그 말은 야기 안테나의 빔폭이 다이폴 안테나보다 더 좁다고 생각하면 되는 것이고 안테나 자작 측면에서 보면 야기 안테나의 방향성(지향성)이 좋기 때문에 같은 출력으로 송수신하더라도 안테나의 종류에 따라 송수신 능력이 달라질 수 있다는 것이다. 좋은 안테나를 사용하면 송신 뿐만 아니라 수신도 더 잘 된다는 말이다.
일반적으로 안테나의 이득은 안테나의 크기에 비례하여 증가한다.
빔안테나를 사용해야 이득이 좋다. 헥사빔이나 야기 안테나는 빔 안테나의 종류이므로 방향성이 좋은 것, 즉, 안테나 성능이 좋아서 교신시에 원거리(Dx QSO)에 용이하다.