파라볼라 위성 안테나는 위성에서 들어오는 전파를 반사판으로 모아 급전부에 전달합니다. 수신용 LNB는 약한 신호를 증폭하고 더 낮은 주파수로 변환하며, 수신기는 그 신호에서 방송이나 데이터를 복원합니다. 반사판의 집속, LNB의 증폭·주파수 변환, 수신기의 복조는 서로 다른 역할입니다.
포물선 반사판이 전파를 모으는 원리
위성은 안테나 크기에 비해 매우 멀리 있으므로, 안테나에 도달하는 파면은 국소적으로 거의 평면으로 볼 수 있습니다. 이상적인 포물면은 축과 평행하게 들어오는 파를 초점 부근에 모읍니다. 그 위치에 놓인 급전 혼이나 급전 소자가 전자기파를 수신 경로로 전달합니다.
반사판 자체가 전력을 만들어 내는 것은 아닙니다. 넓은 개구면에서 신호를 수집하고 특정 방향에 높은 이득을 갖도록 합니다. 오프셋형 반사판은 급전부가 개구면을 가리는 정도를 줄일 수 있지만, 겉보기 접시 면의 기울기가 실제 빔 방향과 같지는 않습니다.
신호가 화면이나 데이터가 되기까지
- 반사판: 목표 방향에서 오는 전파를 급전부에 집중시킵니다.
- 급전부: 반사판과 수신 전자회로 사이에서 전파를 전달하고 편파 특성에 관여합니다.
- 저잡음 증폭기: 추가하는 잡음을 줄이면서 약한 신호를 증폭합니다.
- 주파수 변환기: 높은 위성 수신 주파수를 케이블 전송에 적합한 중간주파수로 바꿉니다.
- 수신기: 원하는 신호를 선택하고 복조·오류 정정·디코딩을 수행합니다.
가정용 위성방송에서 LNB라는 이름은 저잡음 증폭과 블록 주파수 변환 기능을 함께 가리킵니다. 모든 위성 단말이 같은 LNB 구조나 같은 중간주파수 범위를 사용하는 것은 아닙니다.
LNB는 왜 주파수를 바꾸는가
높은 주파수의 위성 신호를 긴 실내 배선으로 그대로 보내기보다, 더 낮은 주파수로 변환해 동축 케이블의 손실과 수신기 구현 부담을 줄입니다. 단순한 하향 변환 예에서는 fIF = |fRF − fLO|입니다.
예를 들어 RF가 11.20 GHz이고 국부발진기 LO가 9.75 GHz라면 IF는 1.45 GHz, 즉 1450 MHz가 됩니다. 이는 계산 원리를 설명하는 예이며, 실제 LO 설정과 수신 대역은 사용 중인 LNB·수신기 사양에 맞춰야 합니다. 유럽식 유니버설 Ku LNB의 전압·톤 제어 방식을 모든 지역의 위성 시스템에 그대로 적용해서는 안 됩니다.
반사판 크기와 안테나 이득
원형 개구면의 근사 이득은 G = η(πD/λ)²입니다. D는 개구면 지름, λ는 파장, η는 개구 효율입니다. 같은 주파수와 효율에서 지름을 두 배로 늘리면 선형 이득은 네 배, 즉 약 6 dB 증가합니다. 동시에 빔은 일반적으로 좁아져 정밀한 지향이 더 중요해집니다.
가령 지름 0.60 m, 주파수 12 GHz, 효율 0.60을 가정하면 계산상 약 35.3 dBi입니다. 이 값은 예시 계산이지 특정 모델의 측정 결과가 아닙니다. 실제 수신 여유는 위성의 커버리지, 편파, 안테나 지향, 시스템 잡음과 강우 감쇠도 함께 고려해야 합니다.
방위각·앙각·편파를 맞춰야 하는 이유
| 항목 | 확인할 내용 |
|---|---|
| 방위각 | 설치 장소에서 목표 위성이 있는 수평 방향. 진북·자북 기준을 구분합니다. |
| 앙각 | 수평선에서 위성을 올려다보는 각도. 오프셋 반사판은 설치 눈금을 따릅니다. |
| 편파 | 신호와 수신부의 편파가 맞아야 합니다. 선형 편파에서는 LNB 회전각이 영향을 줍니다. |
| 가시 경로 | 수목이나 건물 등 장애물이 목표 방향을 가리지 않아야 합니다. |
어떤 지역에서나 같은 방위각·앙각을 쓰는 것은 아닙니다. 또한 수신기의 신호 세기만 높다고 올바른 위성을 잡은 것은 아니므로, 목표 신호의 잠금과 품질을 함께 확인해야 합니다.
모든 위성 안테나가 고정 접시인 것은 아닙니다
고정된 정지궤도 위성용 안테나는 설치 위치에서 거의 일정한 방향을 향합니다. 저궤도 위성은 하늘에서 이동하므로 단말이 기계적 추적 또는 전자식 빔 조향을 사용할 수 있습니다. 평판 위상배열 안테나는 포물면 반사판 없이도 소자들의 위상을 제어해 빔을 형성합니다.
수신 전용 방송 안테나와 양방향 통신 안테나도 구분해야 합니다. 양방향 시스템에는 송신 경로가 추가되며, 장비 구성과 운용 조건이 달라집니다. 접시 크기만 보고 인터넷 속도나 허용 송신 전력을 정할 수는 없습니다.
참고 자료와 장비 선택
개구면·효율·이득의 관계는 Antenna-Theory의 포물면 반사 안테나 설명을 참고하십시오. Dolph Microwave SATCOM 안테나를 검토할 때는 주파수, 송수신 용도, 편파, 개구 크기와 설치 조건을 함께 확인하는 것이 좋습니다. 자료는 영어입니다.
