특정 주파수의 안테나 길이는 λ = c/f로 시작합니다. 반파장 다이폴의 λ/2는 두 팔을 합한 전체 길이입니다. 2.4 GHz에서는 자유공간 파장 약 124.9 mm, 반파장 약 62.5 mm, 한 팔의 초기값 약 31.2 mm입니다. 실제 공진은 급전과 설치 환경을 포함해 조정합니다.
주파수 외에 요구를 정한다
최저·최고 주파수, 편파, 방사 방향, 전력과 기준 임피던스를 지정합니다. 케이스, 접지면, 케이블과 주변 금속도 설계에 포함합니다. 측정대에서 잘 맞는 안테나가 제품 내부에서는 다른 공진을 보일 수 있습니다.
채널의 폭과 안테나 사용 대역은 함께 검토하되 같은 개념은 아닙니다. 지역별 사용 주파수와 운용 조건도 실제 서비스에 맞춰 확인합니다.
초기 길이 계산
| 주파수 | 자유공간 파장 | 반파장 | 1/4파장 |
|---|---|---|---|
| 433 MHz | 약 692 mm | 346 mm | 173 mm |
| 915 MHz | 약 327.6 mm | 163.8 mm | 81.9 mm |
| 2.4 GHz | 약 124.9 mm | 62.5 mm | 31.2 mm |
c ≈ 299,792,458 m/s, f는 Hz로 넣으면 λ는 m입니다. 다이폴의 한 팔을 λ/2로 만들면 의도한 반파장 전체 길이의 두 배가 됩니다. 1/4파장 모노폴에는 적절한 접지면이나 카운터포이즈가 필요합니다.
단축률을 고정하지 않는다
도체 굵기, 끝단 효과, 절연 피복과 주변 유전체는 공진 길이를 바꿉니다. 모든 안테나에 같은 단축률을 적용할 수 없습니다.
FR4의 비유전율 제곱근으로 모든 길이를 나누는 것도 적절하지 않습니다. 인쇄 구조에서는 공기가 있는 영역과 기판에 전계가 분포하므로 실효 유전율과 프린징, 형상이 중요합니다. 패치, 인쇄 모노폴과 마이크로스트립 선로는 다른 모델입니다.
다이폴·루프·패치를 구분한다
다이폴은 기본 구조이며, 이상적인 수직 다이폴은 수평면을 비교적 고르게 덮지만 축 방향에는 널이 있습니다. 전 공간에서 균일한 등방성 패턴은 아닙니다.
작은 루프와 전파장 루프도 같은 크기 공식이나 패턴으로 취급하지 않습니다. 코일의 권수를 늘리면 인덕턴스뿐 아니라 손실과 자기공진 조건이 달라집니다. 권수를 많이 감는 것이 항상 강한 방사를 뜻하지 않습니다.
야기 안테나는 수동 소자 간격과 길이를 함께 설계하며, 패치는 기판과 접지면을 포함한 공진 구조입니다. 소형화하면 효율, 대역과 환경 민감도 사이의 절충이 생깁니다.
급전과 정합
50 Ω을 사용하는 RF 장비도 있고 75 Ω을 사용하는 수신계도 있습니다. 동축으로 다이폴을 급전할 때는 필요에 따라 발룬이나 초크로 외도체의 공통 모드 전류를 관리합니다.
스미스 차트는 주파수별 복소 임피던스와 정합을 검토하는 도구입니다. 정합 회로로 S11을 개선해도 손실이 큰 안테나의 방사 효율까지 자동으로 높아지는 것은 아닙니다.
시제품 검증 순서
- 급전, 접지와 주변 구조를 포함해 해석합니다.
- 재료·치수 공차와 케이블 위치 영향을 확인합니다.
- 조정 가능한 시제품을 만들고 VNA 기준면을 정합니다.
- 전체 대역의 S11을 측정합니다.
- 이득, 패턴과 효율을 별도로 확인합니다.
- 최종 케이스에서 다시 측정합니다.
최종 치수, 소재, 조립과 측정 조건을 기록하십시오. 다이폴의 전류와 길이 및 안테나 효율은 계산값과 실제 방사 성능을 구분하는 데 도움이 됩니다.
