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위성 수신 안테나 Satellite Receiving Antenna

위성안테나의 종류

파라볼라 안테나

1. 개요
o 포물면경(파라볼라)의 초점에서 나온 빛은 반사경에 반사된 후 평행 광선이 된다는 광학의 원리를 이용한 것임.
o 포물면 초점에 1차 방사기로서 전자 나팔, λ/2 Dipole, Slot 등이 설치됨.

2. 구조

3. 지향 특성과 이득
o 포물면경의 개구면이 클수록 지향성이 예민해지고 이득이 커짐.
o 개구면의 직경 D가 파장에 비하여 충분히 크다면 반치각은 아래와 같음.
θ = 70 x (λ/D)
o 이득 G는 파장의 제곱에 반비례하고 개구면적 A에 비례함.

4. 특징
o 구조가 간단하고 비교적 소형임.
o 지향성이 예민하고 이득이 크다.
o 광대역 임피던스 정합이 어렵고, 대역폭이 비교적 좁다.
o side lobe가 많아서 효율이 안 좋다.
o 1차 방사기를 약간 이동시켜 비임 방향을 약간 (1 ~ 2 도) 변경도 가능함.

5. 용도
o 초단파 고정통신, 레이다
o 종류: 프라임포커스, 옵셑안테나, 캐세그린안테나,

프라임 포커스 안테나 (Prime Focus Antennas)

프라임 포커스 안테나는 정원형의 안테나로
국내에서는 주로 C-Band 수신시 사용하나, 간혹 일본의 BS수신시에도 이용된다.
프라임 포커스의 안테나는 최저사이즈가 1.2미터로 크기 때문에 Ku-Band에서 안테나가 커야 할 때(예; 공시청 시설)라든지, 아니면 C-Band를 수신할 때 많이 사용한다.

국내에서 유통되는 안테나는 대만 JONSA안테나와 일부 국내제조 안테나가 있다.

옵셑 안테나 (Offset-feed Antennas)

이 옵셑안테나는 대부분의 상업방송들이 이용하는 크기가 작고 효율이 좋은 안테나로서 Ku-Band(고주파; 12GHz대)의 신호를 잡기에는 최적의 안테나이다.

현재 스카이라이프에서 사용하는 45cm옵셑안테나(TV광고에서 ***라이프 할 때 나오는 접시형 안테나) 이다.
대부분의 상업방송은 이 안테나를 이용한다.

간혹1.8M, 2.4M의 옵셑안테나를 문의하는곳도 있으나, 그 큰 크기의 안테나는 FRP재질로된 하이게인안테나이다. 물론 매우 고가이다.

캐세그린 안테나 (Cassegrain Antennas)

1. 개요
o 파라볼라 주 반사기, 곡면의 부 반사기, 1차 방사기 (Dipole 또는 전자 혼) 등으로 구성됨.
o 1차 방사기에서 방사된 전파는, 우선 부 반사기에서 반사되고, 다시 주 반사기에서 반사되어 예민한 빔을 공간에 방사하게 됨
o 주 반사경과 부 반사경이 동일한 허 초점을 갖고 반사시키므로 평행하게 방사됨.

2. 구조

3. 특징
o 1차 방사기와 송수신기가 직결되어 있기 때문에 급전계 전송 손실이 적음.
o 초점 거리가 짧고 반사기에서 높은 이득이 얻어짐.
o Side Lobe가 극히 적다.
o 우주 공간에 방사하는 경우, 부 반사기로부터의 누설 전력이 천체를 향하고 있으므로 대지 반사파를 적게 받음 --> 저 잡음 안테나

4. 용도
o 위성 통신 지구국용 고이득, 저잡음 안테나로 사용됨.

전자 혼, 나팔 (Electromagnetic Horn) 안테나

1. 개요
o 도파관의 한쪽에서 전자파를 전송하고, 다른 쪽을 개방하면, 전파는 개방단으로부터 공간에 방사되어 관의 축 방향으로 에너지가 집중되는 지향을 갖게 됨.
o 이 때 도파관의 특성 임피던스와 자유공간의 특성 임피던스를 비슷하게 해주기 위하여 개방단을 나팔형으로 서서히 넓히면 개구 면적도 넓어짐.
o 이를 이용한 안테나가 전자 나팔(혼) 안테나임.

2. 구조
o 한 쪽이 넓게 되어 있는 일종의 도파관임.

o 도파관이 단면적을 서서히 넓힘으로써, 도파관의 특성 임피던스를 자유공간의 임피던스에 접근시켜서, 도파관 개방단에서의 임피던스 불연속을 완화시킴.
즉, 도파관과 자유공간의 임피던스 정합기 구실을 함.

3. 특징
o 지향성이 예민함.
o Horn의 길이를 길게 할수록 지향성이 예민해지고 이득도 커짐.
o 개구 면적이 클수록 이득이 커짐.
o 구조가 간단하고 광대역 특성을 갖음.
o 전파의 방사 패턴에서 Side Lobe가 적다.
o 3 GHz 이상에서 비교적 소형으로 중간 정도의 지향성을 갖음.
o 20 ~ 30 dB 정도의 이득을 갖음.
o 이득의 표준 안테나로 사용됨.

슬롯 안테나 (Slot Antenna)

1. 개요
o 넓은 도체 판에 가늘고 긴 공극을 뚫고 그 부분에서 전파가 방사되도록 한 안테나임.
o 공극의 길이가 반 파장에 가깝게 되면 반 파장 다이폴 안테나와 동일한 특성을 나타내므로 Magnetic Dipole이라고도 함.

2. 구조
o 평면 도체 판에 반 파장 길이의 SLOT (홈, 구멍)을 만들어 중앙부에 급전함.

3. 특징
o 다이폴 안테나와 동일하게 효율이 좋고 강한 전파가 방사됨.
o 전파의 자계 방향이 SLOT의 방향과 일치하므로 자류원을 가진 반 파장 다이폴 안테나로 볼 수도 있음 - Magnetic Dipole
o UHF 대에서의 안테나 소자로 사용됨.
o SLOT은 그 자체가 반사기로 동작함.
o SLOT부를 수평 반 파장 다이폴 안테나로 치환할 경우, 대체로 동일한 지향성을 얻는다.
o SLOT 후방에 차폐용 공동을 설치하면 단일 지향 특성을 얻음.

4. 용도
o 파라볼라 안테나의 1차 방사기로 사용함.
o 진행파용 SLOT 안테나 : UHF TV 방송용
o SLOT Aray 안테나 : 선박 레이더용

어레이 안테나 (Array Antenna)

1. 개요
o 여러 개의 안테나를 (주로 반파장 다이폴) 적당한 간격으로 띄워서 배치함으로써, 한 개의 안테나로 얻을 수 없는 지향성과 이득을 얻음.
o 안테나 배열 방식에 따라 수직 배열 방식과 수평 배열 방식이 있으며, 각기 송수신용과 중계용으로 용도가 다름.
o 급전 형태에 따라 병렬 급전 방식과 직렬 급전 방식이 있음.

2. 안테나 배열 방식
가. 수직 배열 (Broad-side Array)
o 배열 방향과 전파 진행 방향이 수직임.
o 지향 특성이 좋음.
o 이동 통신 송수신용 안테나로 사용함 - Omni Antenna, Sector Antenna
나. 수평 배열 (End-side Array)
o 배열 방향과 전파 진행 방향이 같음.
o 무선 환경 중계용으로 사용됨.
o (TV용) 야기 안테나의 형태

3. 급전 형식
가. 병렬 급전형
o 급전점에서 각 소자의 거리가 모두 같기 때문에 모든 방사 소자에서의 위상이 주파수에 관계없이 동위상임.
o 사용 가능 대역이 각각의 안테나 소자 대역 한계까지 넓어짐.
o 급전선이 안테나 소자마다 모두 필요하고 복잡해 진다.
나. 직렬 급전형
o 전송 선로에 안테나를 직렬로 설치한 형태임.
o 구조가 간단함.
o 각 소자 간에 위상 차가 발생하므로 사용 가능한 대역이 좁아짐.
o 반 파장마다 +, - 극을 역전시켜 급전함으로써, 각 소자로부터의 방사파가 주 방사 방향으로 같은 위상이 되도록 함.
o 동축 선로형, 마이크로 스트립형, 코일을 이용한 로딩형 등 여러 가지 형태가 있음.

4. 응용
o 어떤 제한된 지역에만 전파를 보내야 하는 경우
  - 이동통신 기지국에서 동일채널 방지용, 섹터 분할용
  - Omni Antenna, Sector Antenna
o 어떤 특정 지점에 전파를 보내야 하는 경우
  - 마이크로파 중계 회선
  - 각 기업체 본사 및 지사 간의 업무용 통신
  - 대사관과 본국과의 행정 통신
  - 단파 국제 통신에 널리 쓰이는 롬빅 (Rhombic) 안테나
  - 야기 안테나
o 전파의 도래 시간을 따로따로 수신하여 합성하는 방식
  - MUSA (Multiple Unit Steerable Antenna) 방식

Horn Reflector 안테나

1. 개요
o 각추형 또는 원추형 전자나팔 (Horn)과 파라볼라 반사기 일부를 조합한 것
o 방사하는 방향과 반사되는 방향이 서로 다른 Offset 형식이므로, 포물면경의 반사파가 급전점으로 되돌아가는 양이 대단히 작고 임피던스 부정합이 일어나지 않음.

2. 구조

3. 특징
o 매우 광대역 : 3.5 ~ 11.5 GHz 정도 범위에서 동시에 사용 가능함. Microwave 안테나 중에서 가장 광대역임.
o 지향성이 매우 예민함.
o 개구 효율이 0.6 ~ 0.8 정도로 높고, 이득도 45 dB 이상으로 매우 높음.
o 저 잡음 특성
o 전후방비, 전측방비가 좋다 (Side Lobe가 적다)
o 수평, 수직, 원 편파 어느 쪽으로도 사용이 가능하다.
o 결점으로는, 구조가 크고, 기계적 강도 및 정밀도에 문제가 있음.

4. 용도
o 전파 렌즈 보다는 저렴하고, 다 주파수 공용이 가능함으로, 다 주파수 대역 동일방향의 병렬회선용으로는 가장 경제적임.
o 따라서, 공중 회선 중계용으로 많이 사용됨.