밀리미터파 안테나는개구, 손실, 재료, 공차, 배열 주사, 열과 측정을 함께 설계해야 합니다. 통상적인 밀리미터파 정의는30–300 GHz이고, 산업계에서는28 GHz 같은 인접 대역까지mmWave라고 부르기도 합니다. 실제 수치 범위를 먼저 지정하십시오.
1．개구와 커버의 절충
파장이 짧으면 같은 물리 공간에 더 많은 소자를 넣을 수 있지만, 작은 전체 개구가 같은 높은 이득을 무조건 유지하지는 못합니다. G ≈ 4πηA/λ²로 면적과 효율의 관계를 검토할 수 있습니다.
28 GHz에서자유공간 파장은약10.7 mm입니다. 패치 크기는 기판, 유효 유전율과 프린징을 포함한 구조로 계산합니다.5 mm를3 mm로 줄이면 항상8 dBi가4 dBi가 된다는 공통 규칙은 없습니다.
2．자유공간·기체·강우 손실을 분리
자유공간 손실은92.45 + 20 log10(f/GHz) + 20 log10(d/km) dB로 근사합니다.28 GHz,100 m라면약101.4 dB입니다. 거리와 주파수에 로그로 의존하므로 고정된dB/km로 표현하지 않습니다.
기체와 비의 감쇠는 별도 항목입니다.60 GHz 부근의 산소 흡수, 강우와 경로 조건을 평가하며28 GHz와60 GHz에 동일한60–100 dB/km를 적용하지 않습니다.
3．기판과 접합부를 평가
εr는 상대 유전율이고 손실탄젠트와는 다른 특성입니다. 주파수, 방향, 온도와 제조 변동을 포함한 값을 사용합니다. 동박 거칠기와 표면처리, 접착층과 레이돔도 영향을 줄 수 있습니다.
SIW는기판 내부의 도파 구조를 구현하는 방법 중 하나지만 모든 표면파와 유전체 손실을 제거하지 않습니다. 낮은 명목 손실이나 특정 소재명만으로 전체 안테나 효율을 보장하지 않습니다.
4．공차를 전기적 민감도로 지정
모든PCB가±5 μm나 레이저 가공을 요구하지는 않습니다. 선폭, 간격, 비아와 조립 위치를 변화시켜 결과에 민감한 치수를 찾고, 공정과 검사의 능력을 맞춥니다.
예를 들어자유공간에서60 GHz의파장은약5 mm이므로0.1 mm의경로 차이는약7.2°에 해당합니다. 기판 선로의 위상에는 실제 전파 상수를 사용해야 합니다. 이 값은 모든 치수에 같은 공차를 주라는 뜻이 아닙니다.
5．주사각·테이퍼·빔 스퀸트
소자 패턴과 간격, 상호결합을 포함해 대역과 주사각별 파형을 확인합니다. 진폭 테이퍼는 부엽을 낮추는 데 쓰이지만 주빔폭과 최대 이득의 절충이 있습니다. 항상 저손실 개선만 생기는 방법은 아닙니다.
고정 위상차는 주파수가 바뀔 때 빔 방향이 변하는beam squint를 만들 수 있습니다. TTD는지연을 제어하는 방식으로 이 문제를 줄이는 데 활용되지만 삽입 손실, 지연 범위와 분해능도 평가해야 합니다.
6．열과 패키지
송수신 모듈의 손실 전력은 발열을 만듭니다. 냉각, 온도 분포, 재료의 열팽창과 위상 변화가 연결됩니다. 낮은 유전손실 소재가 모든 방향에서 낮은열팽창계수를 갖는 것은 아닙니다.
렌즈나3D 프린팅을 추가한다고 모든 채널 위상 오류가 사라지지 않습니다. 구조 자체의 공차, 재료 특성과 결합을 확인하고 보정이 필요한 부분을 구분합니다.
7．최종 조립 상태로 검증
VNA로포트 정합과 전달을 검사하고, 이득·패턴·편파는 별도의 방사 측정으로 확인합니다. 근접장 시험에는 프로브와 변환 보정, 원거리 시험에는 적절한 거리와 반사 관리가 필요합니다.
대역 중앙만 아니라 끝과 주요 주사각, 요구 온도를 포함해 측정합니다. 측정 기준면, 케이블, 레이돔과 소프트웨어 버전을 기록하면 불일치 원인을 추적할 수 있습니다.
손실 모델은ITU-R P.676과P.838, 배열 원리는Antenna-Theory를 참고하십시오. 개선치는 해당 설계의 해석과 측정으로 확인해야 합니다.
