안테나는 대역, 정합, 효율, 이득, 패턴과 편파의 여섯 지표로 비교할 수 있습니다. 각 지표가 답하는 질문은 다릅니다. VNA는 S11 같은 포트 특성을 측정하지만 단독으로 이득, 방사 효율과 커버리지를 모두 검증하지는 않습니다.
1. 주파수와 유효 대역폭
요구 조건을 만족해야 하는 최저·최고 주파수를 지정합니다. 정합이 좋은 범위가 적절한 편파나 패턴을 제공하는 범위보다 넓을 수 있습니다.
상대 대역폭은 중심 주파수를 정의한 후 (fhigh−flow)/fcenter로 계산할 수 있습니다. 2.40～2.50 GHz는 100 MHz이며 산술 중심 2.45 GHz 기준 약 4.08%입니다.
이는 100 Mbit/s의 속도를 의미하지 않습니다. 반송파, 신호 대역폭과 데이터 속도는 다른 양입니다.
2. 입력 임피던스·S11·VSWR
입력 임피던스는 일반적으로 복소수이며 주파수와 설치에 따라 달라집니다. 50 Ω이나 75 Ω 등 정해진 기준에 대한 정합을 평가합니다.
반사계수 Γ에 대해 VSWR = (1+|Γ|)/(1−|Γ|)입니다. 적절한 기준 조건에서 반사 전력 비율은 |Γ|²입니다.
S11의 dB값은 20 log10|Γ|로 보통 음수입니다. 양의 리턴로스 RL = −20 log10|Γ|와 부호가 반대입니다. 따라서 S11 ≤ −10 dB는 RL ≥ 10 dB와 대응합니다.
| 조건 | VSWR 근사 | 반사 전력 |
|---|---|---|
| S11 = −10 dB | 1.92. | 10%. |
| S11 = −20 dB | 1.22. | 1%. |
| VSWR = 2 | 2. | 11.1%. |
VSWR 2 미만이 높은 방사 효율의 보증은 아닙니다. 잘 정합된 부하도 전력을 열로 소모할 수 있습니다.
3. 방사 효율과 총효율
방사 효율은 안테나가 받아들인 전력에 대한 방사 전력의 비입니다. 수동 1포트 모델에서 불일치를 포함한 총효율은 ηtotal = ηrad(1−|Γ|²)입니다.
방사 효율 80%, S11 = −10 dB라면 총효율은 72%입니다. 일관된 기준면을 가정한 계산이며 80%라는 방사 효율 자체는 S11만으로 알 수 없습니다.
4. 이득과 지향성
선형 단위에서는 G = ηradD입니다. D는 공간적 집중을 나타내고 G는 방사 손실을 포함합니다. 실현 이득에는 정합 손실도 들어갑니다.
dBi는 등방성 방사체, dBd는 반파장 다이폴 기준입니다. 0 dBd가 약 2.15 dBi에 해당하며 dBd값에 2.15를 더해 변환합니다.
dBm은 1 mW 기준 전력입니다. 10 mW는 10 dBm이지 10 dBi가 아닙니다. 수동 이득은 전력을 새로 만드는 것이 아니며 모든 안테나가 3～20 dBi 범위에 있는 것도 아닙니다.
5. 패턴·빔폭·부엽
반전력 빔폭은 주엽 최대보다 3 dB 낮은 두 지점 사이의 각도입니다. 양 주평면, 부엽, 후방 응답과 영점을 살펴봅니다.
무지향성은 보통 방위각에서 비교적 균일하다는 의미이지 구 전체가 같다는 뜻이 아닙니다. 높은 최대 이득과 약한 서비스 방향이 동시에 존재할 수 있습니다.
다른 조건이 같은 자유공간 모델에서 3 dB의 추가 여유가 허용하는 거리는 약 √2배입니다. 모든 실제 링크의 거리가 두 배로 늘어난다는 규칙은 아닙니다.
6. 편파
선형 편파는 방향을 맞추고, 원형 편파는 같은 관례의 회전 방향과 축비를 확인합니다. 원형 개구만으로 원형 편파가 생기지는 않습니다.
편파 불일치, 케이블 손실과 입력 반사는 다른 현상입니다. 좋은 S11은 상대 안테나와의 잘못된 방향을 찾아주지 않습니다.
안테나 종류와 측정의 관계
다이폴, 패치, 혼이나 캔테나라는 이름은 구조를 설명합니다. 이름만으로 위 여섯 지표의 값이 결정되지 않습니다. 완성한 급전, 하우징과 설치 조건에서 확인합니다.
포트에는 교정된 VNA, 이득·패턴·편파에는 적절한 방사 측정, 효율에는 해당 방법을 사용합니다. 근접장 방법도 보정과 변환이 필요합니다.
