원형 편파 안테나는 축비, 회전 방향과 교차 편파, 이득, 정합, 방사 효율을 구분해 평가합니다. 축비가 낮다고 방사 효율이 높다는 뜻은 아닙니다. VNA로 S11만 측정해 원형 편파의 순도와 효율을 모두 알 수는 없습니다.
1. 축비: 편파 타원의 모양
장축 전기장 진폭을 Emax, 단축을 Emin이라 하면 선형 축비는 AR = Emax/Emin이고, ARdB = 20 log10(AR)입니다. 이상적인 원형 편파는 AR = 1, 즉 0 dB입니다.
1.5 dB나 3 dB는 용도별 합격 기준이 될 수 있지만 보편적인 이상값은 아닙니다. 주파수와 관찰 방향을 함께 지정합니다.
알려진 선형 편파 프로브를 전파축 주위로 돌려 최대·최소 수신 전력을 구하는 방법에서는 적절한 조건에서 ARdB = 10 log10(Pmax/Pmin)을 사용할 수 있습니다. 위치 변화, 프로브 교차 편파와 반사를 평가해야 합니다.
2. 회전 방향과 반대 편파 성분
축비만으로 RHCP와 LHCP를 구분할 수 없습니다. 직교 전기장 성분의 진폭·상대 위상을 측정하거나 교정된 원형 편파 기준 안테나를 사용합니다. 회전 방향은 관측 방향에 관한 동일한 관례를 적용합니다.
같은 점과 기준에서 완전히 편파된 이상적 타원을 분해하면 주 원형 성분과 반대 성분의 전력비는 [(AR+1)/(AR−1)]²입니다. AR은 선형 값입니다. 실제 측정에서는 잡음 바닥, 프로브 보정과 각도 조건이 한계를 만듭니다.
프로브를 회전시켜 얻는 전력 최대·최소만으로는 회전 방향까지 결정되지 않는다는 점을 구분하십시오.
3. 이득과 방사 패턴
목적 방향의 원하는 원형 편파 성분 이득을 측정합니다. 두 편파의 합계 이득과 한 회전 방향의 성분 이득을 섞어 비교하지 않습니다. 중심축의 좋은 축비가 빔 가장자리까지 유지되는지도 확인합니다.
교정 기준과의 비교에서는 편파 불일치를 처리해야 합니다. 이상적인 선형과 원형 편파 사이의 전력 결합은 1/2, 약 3 dB입니다. 기준 편파를 무시하면 이 차이를 안테나 손실로 오인할 수 있습니다.
4. 정합: 포트에서의 반사
급전 기준면에서 VNA를 교정하고 S11 또는 VSWR을 구합니다. 반사계수 크기가 |Γ|이면 VSWR = (1+|Γ|)/(1−|Γ|)입니다.
VSWR 2:1에서는 |Γ| = 1/3이고 반사 전력은 약 11.1%, 정합 손실은 약 0.51 dB입니다. 나머지 88.9%가 반드시 전부 방사된다는 뜻은 아닙니다.
5. 방사 효율과 총효율
방사 효율은 안테나가 받아들인 전력 중 방사되는 비율입니다. 정합을 포함하는 총효율과 구분합니다. 단순한 단일 포트 모델에서 총효율 = 방사 효율 × (1−|Γ|²)입니다.
방사 효율은 적절히 교정된 방사 측정, 반사 챔버 방법 또는 이득과 지향도의 관계 등을 이용해 평가합니다. 축비, 최대 이득이나 S11 중 한 가지로만 유일하게 결정할 수 없습니다.
시험 결과에 붙여야 할 조건
- 주파수, 방향과 편파 정의.
- 케이블, 변환기와 급전 기준면.
- 거리, 원거리장 조건과 반사 환경.
- 프로브 교정, 채널 간 위상 기준과 잡음 바닥.
- 레돔 및 설치 구조의 포함 여부.
- 반복성과 불확도.
이론적 축비와 실제 측정 한계를 구분하는 것이 핵심입니다. 편파 설명과 효율 정의를 참고하고, 모든 제품에 이득 5–10 dBi나 효율 80%를 일률적으로 요구하지 마십시오.
