안테나 효율을 높이려면 먼저 반사로 돌아가는 전력, 재료에서 열로 소모되는 전력, 실제 방사되는 전력을 구분해야 합니다. 방향을 바꾸어 수신 신호가 커지는 것과 방사 효율이 높아지는 것은 다릅니다. 다음 다섯 방법은 손실 원인을 찾아 검증하는 순서입니다.
방사 효율과 전체 효율의 차이
방사 효율 ηrad는 안테나가 받아들인 전력 중 방사한 전력의 비입니다. 단일 포트와 정해진 기준 임피던스에서는 전체 효율을 ηtotal = (1 − |Γ|²)ηrad로 표현할 수 있습니다. Γ는 해당 포트의 반사계수입니다.
이득은 효율과 지향성을 함께 반영합니다. 같은 효율에서도 한 방향으로 에너지를 집중하면 그 방향의 이득이 커질 수 있습니다. 따라서 야기로 바꾸어 신호가 좋아졌다는 관측만으로 방사 효율이 향상되었다고 결론 내리면 안 됩니다.
1. 실제 조립 상태에서 정합 개선
VNA를 안테나 급전 기준면까지 보정하고 필요한 전체 대역의 S11을 측정합니다. 케이스, 배터리, 케이블과 손의 영향이 있는 제품이라면 해당 사용 조건도 포함하십시오. 자유공간에서 얻은 정합이 최종 제품에서 유지되지 않을 수 있습니다.
VSWR = 2일 때 |Γ| = 1/3이므로 반사 전력은 약 11.1%입니다. VSWR = 1.5에서는 약 4%입니다. 방사 효율을 70%로 일정하게 가정하면 전체 효율은 각각 약 62.2%, 67.2%입니다. 이는 계산 예이며, 실제 조정 과정에서 방사 효율도 변할 수 있습니다.
정합 회로의 소자 손실까지 포함하십시오. 저항성 손실이 큰 구조도 좋은 S11을 보일 수 있으므로 정합만으로 합격을 판단하지 않습니다.
2. 도체와 접촉 손실 줄이기
주파수에 적합한 도체, 두께와 접합 품질을 선택합니다. 얇고 긴 전류 경로, 불완전한 납땜과 부식은 손실을 늘릴 수 있습니다. 재료의 직류 전도도 하나만으로 완성품 효율을 계산할 수는 없습니다.
표면 처리와 기계적 내구성도 함께 검토합니다. 안테나를 짧게 만들기 위한 로딩 구조는 필요한 전기적 길이를 구현하지만 손실과 대역폭의 절충이 생길 수 있습니다.
3. 유전체와 주변 흡수 손실 검토
기판의 유전율과 손실 특성은 주파수와 측정 조건을 확인합니다. 전기장이 강한 위치의 플라스틱, 접착제와 보호재도 영향을 줄 수 있습니다. 기판을 무조건 3–5 mm 두껍게 하면 효율이 일정 비율 증가한다는 규칙은 없습니다.
패치의 기판 두께를 변경하면 대역폭, 표면파, 급전과 방사 패턴까지 달라질 수 있습니다. 재료와 두께 후보를 같은 크기·대역·장착 조건에서 비교합니다.
4. 접지면과 급전 전류 관리
모노폴과 인쇄 안테나에서는 제품의 접지면도 방사 시스템의 일부입니다. 모든 접지면을 λ/4로 정하면 최적이라는 설명은 부정확합니다. 크기와 형태, 부품 배치, 안테나 주변 이격 공간을 함께 검토합니다.
평형 안테나를 동축으로 급전하면 케이블 바깥쪽의 공통모드 전류가 측정과 패턴에 영향을 줄 수 있습니다. 필요한 경우 적합한 발룬이나 초크를 사용하고 케이블 위치에 따른 변화도 확인합니다.
5. 방사 측정으로 개선을 확인
무반사실의 패턴 적분이나 적절히 교정된 잔향실 등, 장치와 대역에 맞는 방법으로 효율을 평가합니다. 특정 방향의 RSSI 한 점은 전 방향으로 방사된 전력을 나타내지 않습니다.
| 측정 | 확인하는 내용 |
|---|---|
| S11/VSWR | 포트 정합과 대역. |
| 방사 패턴과 이득 | 각도별 에너지 분포. |
| 방사·전체 효율 | 손실과 반사 영향을 구분한 전력 비율. |
| 완제품 시험 | 케이스·설치·사용 조건의 영향과 반복성. |
기준 시제품과 개선품을 같은 기준면, 대역, 자세로 비교하고 불확도를 기록하십시오. 수신 전단의 증폭기는 후단 잡음 영향을 줄일 수 있지만 방사체 자체의 효율을 높이는 부품은 아닙니다. 정의와 관계식은 안테나 효율 해설을 참고하십시오.
