위상 배열은 증폭 기능이 어디에 있는지와 빔 가중치를 어디에서 처리하는지를 나누어 비교해야 합니다. PESA·AESA는 RF 구성, 아날로그·디지털·하이브리드는 빔 형성 방식을 주로 설명합니다. 따라서 수동·능동·하이브리드·디지털이 서로 겹치지 않는 네 종류라는 분류는 정확하지 않습니다.
위상으로 빔을 만드는 원리
여러 소자의 장은 상대적인 진폭과 위상에 따라 방향별로 합쳐집니다. 최종 패턴에는 배열 배치, 소자 패턴과 상호 결합도 영향을 줍니다.
소자 간격 d의 선형 배열에서 법선 기준 각도θ를 향하는 위상차 크기는 |Δφ| =2π(d/λ)|sin θ|로 나타낼 수 있습니다. 부호는 좌표와 위상 정의에 따릅니다. d = λ/2, θ =30°이면 크기는90°입니다.
수동 전자 주사 배열 PESA
전형적인 PESA는 공통 송신 경로에서 분배망과 위상 제어를 통해 소자를 급전합니다. 수동이라는 말은 전체 시스템에 송신기나 증폭기가 없다는 뜻이 아닙니다.
분배와 위상기의 손실은 방사 전력과 수신 성능에 영향을 줍니다. 안테나 이득을 무조건20–30 dB로 고정하거나 빔 수를 이름만으로 판단할 수 없습니다.
능동 전자 주사 배열 AESA
AESA는 소자나 서브어레이에 증폭·수신 기능을 분산합니다. 채널별 제어가 가능하지만 전원, 냉각, 교정과 감시가 필요합니다. 일부 모듈 고장이 허용되더라도 이득과 부엽 등 성능 변화는 평가해야 합니다.
AESA라는 명칭만으로40–50 dBi, 정확도1° 미만 또는90° 주사를 보장할 수 없습니다. 개구, 주파수, 효율과 측정하는 정확도의 정의가 필요합니다.
아날로그·디지털·하이브리드 빔 형성
| 방식 | 가중치 적용 | 주요 비교점 |
|---|---|---|
| 아날로그 | 합성 전 또는 분배 후 아날로그 경로. | RF 경로 수와 빔 기능. |
| 디지털 | 독립 채널의 디지털 데이터. | 변환기, 데이터와 연산량. |
| 하이브리드 | 아날로그 서브어레이와 디지털 채널 조합. | 복잡도와 동시에 가능한 빔의 제약. |
디지털 명령으로 아날로그 위상기를 조절한다고 완전 디지털 빔 형성이 되는 것은 아닙니다. 반대로 능동 배열은 아날로그·디지털·하이브리드 방식 가운데 여러 구성을 사용할 수 있습니다.
간격, 주사각과 넓은 대역
간격이 크면 그레이팅 로브가 나타날 수 있습니다. 단순 선형 배열의 최대 주사각θmax에 대한 경계는 d = λ/(1 + |sin θmax|)로 표현할 수 있으며, 경계를 피하고 최단 파장 등 최악 조건을 검증합니다.
주사하면 개구 투영과 소자 패턴이 달라져 이득이 일정하지 않을 수 있습니다. 고정 위상차로 넓은 대역을 처리하면 주파수에 따라 빔이 움직이는 beam squint도 고려해야 합니다. 실제 시간지연은 고정 위상과 다른 기능입니다.
방열과 시스템 전력
출력 전력과 소비 전력은 다릅니다. 증폭기 효율, 동작률, 변환기와 처리부가 발열을 결정합니다. 모든 디지털 배열이 소자당100 W 이상을 필요로 한다는 규칙은 없습니다.
5G 패널을 포함한 실제 장치는 온도 조건과 전체 소비 전력, 냉각 경로를 확인합니다. 안테나 이득과 RF 증폭률을 같은 단위 표현만으로 섞지 않습니다.
비교 요구사항
- 작동 주파수와 순간 신호 대역폭.
- 개구, 주사 범위와 전체 범위의 방사 패턴.
- EIRP와 수신 감도 또는 해당 시스템 지표.
- 동시 독립 빔과 RF·디지털 채널 수.
- 위상·진폭 오차, 상호 결합과 교정.
- 전원, 냉각, 질량과 유지보수 조건.
제품 이름 대신 이 항목을 같은 조건으로 비교합니다. 기본적인 소자 조합과 가중치는 Antenna-Theory 배열 설명을 참조하십시오.
