무선통신 IC의 경우 단일칩화가 많이 진행되었고, 안테나 또한, 칩 안테나, PCB 내에 설계하는 형태의 안테나가 사용되고 있다. 그러나 무선 성능을 좌우하는 안테나의 이해 부족으로 인해 소비자가 요구하는 만큼의 결과를 내지 못하는 경우가 많다.


최근 휴대용 무선통신 디바이스가 증가하고 있어 무선통신에 대한 중요도도 증가하고 있다.

무선 엔지니어들은 필드 테스트에서 거리 성능과 방향에 따른 송수신 특성을 개선하려 할 때, 어디서 어떻게 디버깅을 해야 할지가 많은 고민을 하고 있다.

발주자로서 그리고 개발자로서 안테나 선정 시에 어떤 스펙을 봐야 하고 안테나의 임피던스 정합을 어떻게 해야 할지 어려움이 많다.

지난 6일, e4ds EEWebinar에서는 e4ds 전기전자 평생교육원의 박경진 교수가 안테나 이득의 의미와 방사 패턴 분석 방법, 안테나 임피던스 정합 방법 등에 대해 다뤄보는 웨비나를 진행했다.

다음은 웨비나 시청자들의 설계된 안테나의 분석에 대한 질문과 그에 대한 박경진 교수의 답변을 추린 것이다.


Q. 웨비나에서 설명하는 안테나는 일반적으로 어느 정도 주파수 대역에서 많이 적용하고 있나요? (ID: yk**)
A. 900MHz에서 5GHz 정도에서 사용됩니다. 다만, 특성파라미터는 어느 안테나에나 일반적으로 적용이 될 수 있습니다.


Q. 5G와 같이 주파수 대역이 높고 직진성이 강할 경우 어떤 안테나를 활용하는 것이 효율적입니까?. (ID: ho**)
A. 기본적으로 25GHz 이상 안테나들은 패치 안테나 형태를 사용합니다. 사각형으로 생긴 PCB를 엘리먼트라고 하는데 개수를 늘리면 빔 폭이 날카로워지고 이득도 높아집니다.

Q. 직진성 있는 전파는 장애물이 있으면 전력이 손실이 생기나요? 아니면 보상 수단이 있습니까? (ID: lc**)
A. 전력 손실이 발행합니다. 보상 수단은 없습니다. 중계기 같은 것을 어떻게 보면 보상 수단으로 볼 수 있습니다.


Q. 안테나 대칭성 성질에 대해 늘 궁금한 것이 있습니다. 송수신주파수가 분리되어있고 수신 성능을 좋게 하려면 수신 쪽 공진을 송신 쪽보다 더 좋게 하는 뭔가가 있을 텐데 어떻게 대칭성을 갖는다고 하는 겁니까? (ID: gi**)
A. 송신 안테나 이득이 3dBi라고 하면 수신 안테나 이득도 3dBi입니다. 안테나 모양 등을 다르게 만들지는 않습니다. 다만 매칭을 이용하여 수신 쪽을 더 공진이 잘 일어나게 만들 수는 있습니다.


Q. 네트워크 분석기로 측정할 때 한쪽으로 측정해도 스미스 차트(Smith Chart)를 구할 수 있나요? 보통은 양쪽을 다 측정하던데요. (ID: jw**)
A. 양쪽을 다 물려서 측정하지만, 한쪽씩 읽을 수 있습니다.

Q. 임피던스 매칭이 되면 완전 반사에서 손실은 없나요? 임피던스는 주로 몇 옴을 사용하나요. (ID: lc**)
A. 임피던스 정합이 되면 무반사가 나타나며 신호가 잘 지나갈 수 있는 조건을 만듭니다. 전력 전달률이 좋아져 손실이 거의 없겠지요. 임피던스는 50옴이 주로 사용됩니다.


Q. 임피던스 정합이 50옴인 이유가 무엇인가요? (ID: w3**)
A. 전력 전송에 좋은 33옴과 영상신호와 같은 전송에 좋은 75옴. 그 사이 값을 50옴으로 정의한 것입니다.


Q. VSWR이 왜 Voltage Standing Wave Ratio입니까? (ID: ma**)
A. 신호가 지나갈 때 교류 전압이 지나가면서 입사파와 반사파가 중첩되면서 마치 서 있는 것처럼 보인다는 개념이 VSWR입니다. ISWR라고도 합니다.


Q. 안테나 메인 빔과 사이드 빔은 어떤 방식으로 제거하여 수신 신호 이득을 높입니까? 신호처리 방식으로 합니까? (lc**)
A. 그라운드로 조절할 수 있습니다. 신호처리 개념이 들어가는 것은 빔포밍의 개념으로 조절해 볼 수 있겠습니다.

Q. 니어 필드와 파 필드 특성을 다르지만 동일한 조건으로 만들어 값을 구할 수 있습니까? 즉 파 필드 조건을 니어 필드 조건에 적용해서 값을 구하는 방식 말입니다. (ID: lc**)
A. 이 부분은 안테나 챔버를 구축할 때 많이 나오는 이야기입니다. 챔버를 소형화하고 싶은데 잘 안되는 요인이기도 합니다. 계산은 변환해서 가능하지만, 실제 구현에 있어서 어려움이 많습니다. 즉 측정값이 정량화되지 않는다고 생각하면 됩니다.


Q. 안테나 신호를 특정 방향으로 가지 못하게 하려면 어떻게 해야 할까요? (ID: na**)
A. 빔포밍 개념을 사용해야 합니다.