안테나 이득은 교정된 기준 안테나와 시험 안테나를 같은 전자기장 안에서 교체해 측정할 수 있습니다. RSSI, 수신기의 신호 막대, 낮은 VSWR만으로 절대 이득 dBi를 알 수는 없습니다. 교체 측정은 편파, 위치, 케이블 손실과 측정 불확도를 관리해야 의미가 있습니다.
먼저 측정할 이득을 정의하기
주파수, 방향, 편파, 기준면을 지정합니다. 이득은 방사 효율을 포함하고, 실현 이득은 포트 부정합의 영향도 포함합니다. 기준 안테나의 교정값과 시험 결과가 같은 정의를 사용해야 합니다.
여기서 설명하는 수신 교체법은 수동 상호성 안테나를 대상으로 합니다. 능동 안테나에서는 방사 소자의 이득과 전자회로의 증폭을 구분해야 합니다. dBm은 1 mW 기준 절대 전력이고, dBi는 등방성 안테나 대비 이득이므로 서로 바꿔 쓸 수 없습니다.
1. 송신원과 기준 안테나 준비
안정된 신호원, 송신 안테나, 해당 주파수에서 이득을 아는 기준 안테나, 수신 측정기와 반복 가능한 지지대가 필요합니다. 기준면까지의 케이블과 어댑터 손실도 확인합니다.
수신 레벨은 잡음보다 충분히 높고 압축이 발생하는 레벨보다 낮아야 합니다. VNA의 S11 측정은 정합을 확인하지만 방사 이득이나 효율의 교정을 대신하지 않습니다.
2. 측정 거리와 반사 환경 확인
전기적으로 큰 개구의 원거리장 기준으로 흔히 R ≥ 2D²/λ를 사용합니다. D는 해당 안테나의 최대 크기입니다. 두 안테나의 크기와 요구 정확도를 모두 검토해야 하며, 이 조건만으로 주변 반사가 사라지지는 않습니다.
D = 0.60 m, 주파수 12 GHz라면 λ ≈ 0.025 m이므로 약 28.8 m가 됩니다. 이 예에서 세 파장 정도의 거리는 충분하지 않습니다. 더 짧은 거리에서는 교정된 근거리장 변환이나 컴팩트 레인지 같은 적절한 방법이 필요합니다.
3. 기준 안테나로 측정
기준 안테나를 지정 위치에 놓고 편파를 맞춥니다. 최대 이득을 측정한다면 각도를 조금씩 바꿔 최대 방향을 찾습니다. 기계 중심축과 전기적 중심축이 항상 같다고 가정하지 마십시오.
수신 전력, 주파수, 거리, 케이블 배치와 기기 설정을 기록합니다. 원형 편파와 선형 편파를 혼합하면 편파 부정합을 별도로 처리해야 합니다.
4. 시험 안테나로 교체하고 차이 계산
송신과 수신 체인을 유지하며 시험 안테나를 같은 기준 위치에 놓습니다. 손실과 다른 조건이 같다면 다음 식을 사용합니다.
G시험(dBi) = G기준(dBi) + P시험(dBm) − P기준(dBm)
수신 손실이 다르면 양수 dB로 표시한 L시험 − L기준을 더합니다. 포트 부정합 보정도 선택한 이득 정의에 맞춰 적용합니다.
기준 이득이 15.0 dBi, 기준 안테나 수신값이 −45.0 dBm, 시험 안테나 수신값이 −42.5 dBm이면 차이는 +2.5 dB입니다. 추가 보정이 없을 때 결과는 17.5 dBi입니다. 이는 계산 예시이며 특정 제품 시험값이 아닙니다.
5. 반복성과 불확도 기록
기준 안테나를 다시 설치해 드리프트를 확인합니다. 필요한 대역에서 여러 주파수를 측정하고, 패턴이 필요하면 각도별로 스캔합니다. 한 방향의 최대값만으로 사이드로브와 널을 알 수는 없습니다.
| 요인 | 기록할 내용 |
|---|---|
| 기준 안테나 | 교정 주파수, 정의, 불확도. |
| 케이블 | 손실, 굽힘, 재접속 영향. |
| 배치 | 거리, 위치, 각도, 편파. |
| 환경 | 반사와 전자기장 안정성. |
| 기기 | 잡음, 선형성, 시간에 따른 변화. |
3 dB 개선을 해석하는 방법
같은 조건에서 3 dB는 약 두 배의 수신 전력이지 두 배의 거리가 아닙니다. 자유 공간, 고정 임계값 조건에서 한쪽 안테나의 이득만 3 dB 높아지면 거리 비는 약 √2입니다. 실제 장애물과 간섭, 페이딩 여유에 따라 결과는 달라집니다.
측정의 기초는 Friis 전송식에서 확인할 수 있습니다. Dolph Microwave 안테나의 이득을 비교할 때도 측정 조건과 교정 기준을 함께 요청하십시오.
