음향:wireless:antenna:start
[홈레코딩 필독서]"모두의 홈레코딩"구매링크
가성비 있는 녹음실 찾으시나요? 리버사이드 재즈 스튜디오에서 녹음하세요!
[공지]회원 가입 방법
[공지]글 작성 및 수정 방법
목차
안테나
안테나는 전기 신호를 전자기파 형태로 공기중에 방출하거나 공기중의 전자기파 신호를 받아서 전기 신호로 변환하는 장치이다. 안테나는 리버서블하기 때문에 신호를 받는 용도로 사용하면 수신 안테나가 되고, 신호를 보내는 용도로 사용하면 송신 안테나가 된다.
송신 안테나와 수신 안테나는 서로 특정 주파수의 비슷한 신호를 동시에 공기중에 내보내고 있는데 송신 안테나의 전자기파에 수신 안테나의 신호가 공명하여 동기화되면서 수신 안테나의 신호도 송신 안테나의 신호와 같아지는 원리로 통신한다.
공명하는 소리 굽쇠와 비슷한 원리이지만, 소리 굽쇠는 실제 물체가 진동하며 공명하는 것이고, 안테나는 물체가 진동하는 것이 아니고 안테나에 흐르는 전자기장이 진동하며 공명하는 것이다.
액티브 안테나
액티브 안테나 컴바이너
액티브 안테나 컴바이너(Active Antenna Combiner)는 여러 송신기의 RF 신호를 하나의 공통 안테나로 합치되, 내부에 증폭 회로를 포함한 능동형 장치입니다. 패시브 컴바이너와 달리 전원을 공급받으며, 결합 과정에서 발생하는 신호 손실을 보정해 높은 출력 안정성과 낮은 잡음을 제공합니다.
주로 무선 인이어 모니터 시스템이나 다채널 공연 송신 환경에서 사용되며, 4~8대 이상의 송신기를 하나의 안테나로 모을 수 있습니다. 이를 통해 스테이지 주변의 안테나 밀집도를 줄이고, RF 간섭과 상호 변조(IMD) 발생 가능성을 최소화할 수 있습니다. 단, 액티브 컴바이너는 직렬 연결(체인 방식)로 사용해서는 안 됩니다. 여러 개의 컴바이너를 함께 써야 할 경우, 반드시 패시브 컴바이너를 중간에 삽입해 결합해야 합니다. 또한 장비마다 대역폭이 제한되어 있으므로, 송신기의 주파수 범위와 컴바이너의 지원 주파수가 일치하는지 확인하는 것이 중요합니다.
액티브 안테나 스플리터
3개 이상의 수신기
만약 두 개 이상의 시스템에 대해 분배가 필요하다면, 액티브 안테나 분배 시스템을 권장합니다. 액티브 스플리터는 작동을 위해 전원이 필요하지만, 하나의 안테나에서 여러 개의 분배로 인해 발생하는 추가적인 손실을 보상하기 위해 메이크업 게인을 제공합니다. 일반적인 액티브 시스템은 4-5개의 안테나 출력을 가질 수 있습니다. 많은 액티브 안테나 분배 시스템은 수신기에 전원 분배 기능도 제공합니다. 필요한 경우 더 많은 출력이 필요하면 여러 액티브 분배 시스템을 함께 사용할 수 있지만, 이는 신중히 진행되어야 합니다. 이론적으로 완벽한 분배 시스템은 입력부터 출력까지 유니티 게인을 제공할 것입니다. 하지만 실제로는 액티브 시스템의 안테나 출력은 최대 1.5 - 2 dB의 게인을 가질 수 있습니다. 라디오 신호의 과도한 증폭은 원치 않는 부작용을 초래할 수 있으며, 이는 간섭 생성물의 악화와 라디오 “노이즈” 증가로 나타날 수 있습니다. 이러한 문제를 방지하기 위해, 두 개 이상의 꼬리말 안테나 분배 시스템을 연속해서 사용하지 않는 것이 강력히 권장됩니다. 더 나은 방법은 “마스터” 안테나 분배 시스템을 사용하여 신호를 “슬레이브” 분배 시스템의 두 번째 계층으로 분배하는 것입니다. 그러면 모든 수신기가 “마스터” 또는 “슬레이브” 분배 시스템에 연결됩니다. 이러한 방식으로 수신기를 연결하면 모든 수신기가 순수한 안테나 신호에 더 가깝게 유지됩니다.
안테나 분배 시스템의 주파수 대역폭에 유의하세요. 일반적으로 와이드밴드(wideband)와 나로우밴드(narrowband) 유형으로 제공됩니다. 와이드밴드는 일반적으로 수백 메가헤르츠의 넓은 주파수 범위를 통과할 수 있는 장치를 의미합니다. “나로우밴드” 장치는 20 또는 30MHz를 초과하지 않을 수 있습니다. 이 장치들은 액티브 장치이기 때문에 분배 시스템의 대역폭을 벗어나는 주파수는 수신기에 전달되지 않습니다.
안테나 부스터
안테나 부스터(Antenna Booster)는 RF 신호 경로 상에서 감쇠된 신호를 보상하기 위해 사용하는 저잡음 증폭기(Low-Noise Amplifier, LNA)입니다. 긴 케이블 구간이나 패시브 분배·컴바이너를 통해 신호가 약해질 때, 수신기 앞단에서 신호를 증폭해 안정적인 레벨로 복원합니다. 주로 무선 마이크 수신 시스템이나 멀티룸 안테나 세팅에서 사용되며, 안테나 근처에 설치해 케이블 손실을 최소화하는 것이 일반적입니다. 케이블 전원을 통해 바이어스 전압(Bias Power)을 공급받아 작동하며, 수신기의 RF 입력 노이즈를 줄여 더 넓은 수신 범위를 제공합니다. 다만 과도한 증폭은 오히려 잡음이나 상호 변조(IMD)를 증가시킬 수 있으므로, 시스템 전체 이득(Gain)을 신중히 조정해야 합니다. 또한 부스터는 송신기 방향이 아닌 수신기 방향 전용으로 사용해야 하며, 송신 신호 라인에 연결할 경우 장비 손상의 위험이 있습니다.
안테나 전원공급기
밴드 패스 필터
안테나 다이버시티
무지향성 안테나
Omnidirectional Antennas
안테나의 크기는 수신할 주파수의 파장과 직접적으로 관련이 있습니다. 무선 오디오 시스템에서 가장 일반적으로 사용되는 무지향성 안테나 유형은 1/4 파장 및 1/2 파장 무지향성(Omnidirectional) 안테나가 있습니다
1/4 파장 안테나의 크기는 원하는 주파수의 파장의 약 1/4이며, 1/2 파장 안테나는 파장의 절반에 해당합니다. 라디오 신호의 파장은 빛의 속도를 주파수로 나누어 계산할 수 있습니다.
안테나 길이는 대략적인 값이면 충분하며, 정확하지 않아도 됩니다. VHF 무선의 경우, 35-45cm 길이의 안테나는 1/4 파장 안테나로 적절합니다. UHF 밴드는 VHF보다 훨씬 넓은 주파수 범위를 포괄하므로, 1/4 파장 안테나는 7~15cm 범위의 길이가 될 수 있으며, 적절한 길이의 안테나를 사용하는 것이 좀 더 중요합니다. 예를 들어, 500MHz에서 작동하는 시스템의 경우, 1/4 파장 안테나는 약 15센티미터이어야 합니다. 동일한 상황에서 800MHz 시스템(약 7cm 길이)에 맞춰진 안테나를 사용하면 수신이 잘 되지 않을 것입니다.
다양한 튜닝 범위를 가진 수신기들이 공통 안테나를 공유해야 하는 애플리케이션을 위해 거의 전체 UHF 대역을 포괄하는 광대역 무지향성 안테나도 사용할 수 있습니다.
<m 32> C=L*F </m>
- C : 광속, C = 3 x 108m/s
- F : 주파수, F = MHz 단위
1/4 파장 안테나는 모노폴(Monopole) 안테나입니다. 따라서, 무선 수신기나 안테나 분배 시스템에 직접 장착할 수 있을 때만 사용해야 합니다. 이는 랙 이어(front-mounted antennas on the rack ears)에 전면 장착된 안테나도 포함됩니다. 모노폴 안테나는 적절한 수신을 위해 지면판(ground plane)이 필요합니다. 지면판은 안테나의 크기와 적어도 한 방향은 유사한 길이를 가진 반사 금속 표면입니다. 안테나의 베이스는 수신기에 전기적으로 접지되어야 합니다. 수신기(또는 분배 시스템)의 외장이나 랙이어가 지면판으로 작동합니다. 원격 안테나용으로는 지면판이 있어야 하는 1/4 파장 안테나를 사용하면 안됩니다.
1/2 파장 안테나는 다이폴(Dipole) 안테나입니다. 따라서, 지면판이 필요하지 않으므로, 어떤 위치에서도 원격 안테나 용도로 적합합니다.
광대역 무지향성 안테나의 경우, 이론적으로 1/4 파장 안테나보다 약 3dB의 이득이 있지만, 실제로는 이러한 이점이 거의 실현되지 않습니다. 따라서 원격 안테나가 필요한 애플리케이션이 아니라면 1/2 파장 안테나로 “업그레이드”할 이유는 없습니다.
그림 11: Shure UA860SWB Passive Omnidirectional Antenna, 광대역 무지향성 안테나
패시브 안테나 컴바이너
패시브 안테나 컴바이너(Passive Antenna Combiner)는 여러 개의 송신기 또는 안테나 신호를 하나의 공통 안테나로 합치는 장치입니다. 내부에 증폭 회로나 전원이 없는 수동형 회로로 구성되어 있으며, 단순하고 안정적이라는 장점이 있습니다. 다만 결합 과정에서 약 3 dB 정도의 신호 손실이 발생하므로, 전체 RF 시스템 설계 시 손실 보정(증폭)을 고려해야 합니다.
이 장치는 주로 무선 인이어 모니터 시스템이나 멀티룸 RF 분배 환경에서 사용됩니다. 여러 송신기를 개별 안테나 대신 하나의 고성능 안테나로 모아 송신하면, 스테이지 주변의 전파 혼잡을 줄이고 보다 일관된 커버리지를 얻을 수 있습니다.
다만 패시브 방식은 각 신호가 전기적으로 간섭할 가능성이 있어, 송신기 간 위상 차이로 인한 감쇠나 상호 변조(IMD)가 발생할 수 있습니다. 이런 문제를 줄이기 위해 주파수 간격을 확보하고, 필요 시 컴바이너 이후에 라인 앰프나 필터를 추가해 신호를 보정하는 것이 바람직합니다.
패시브 안테나 스플리터는 사실상 패시브 안테나 컴바이너와 겸용입니다.
패시브 안테나 스플리터
2개 이하의 수신기
패시브 스플리터는 저렴하며 작동을 위해 전원이 필요하지 않습니다. 패시브 스플리터를 사용할 경우, 분배할 때마다 약 3 dB의 신호 손실이 발생합니다. 일반적으로 안테나와 수신기 입력 간의 손실은 5 dB를 넘지 않아야 합니다. 이러한 이유로, 패시브 스플리터는 단일 분배(즉, 하나의 안테나를 두 수신기로 분배하는 경우)에만 사용해야 합니다. 패시브 스플리터를 사용할 때 추가로 고려해야 할 사항은 일부 수신기의 안테나 입력에 DC 전압이 존재할 수 있다는 점입니다. 이 전압은 일반적으로 수신기에서 직접 원격 안테나 증폭기에 전원을 공급하기 위해 존재합니다. 패시브 스플리터로 두 수신기를 연결하면, 각 수신기는 다른 수신기의 안테나 입력에서 전압을 “볼” 수 있습니다. 수신기의 설계에 따라 이는 문제가 될 수 있습니다. 잠재적인 손상을 피하기 위해, 전압을 차단하는 회로가 포함된 스플리터를 사용하거나, 외부 DC 차단기를 사용하거나, 적어도 하나의 수신기에서 전압을 차단해야 합니다. 패시브 안테나 스플리터는 사실상 패시브 안테나 컴바이너와 겸용입니다.
단일지향성 안테나
Unidirectional Antennas
원격 장착에 적합한 두 번째 유형의 안테나는 야기 안테나1)나 로그 주기 안테나(log periodic)2)와 같은 단일지향성 안테나입니다. 두 종류 모두 수평 붐(horizontal boom)과 여러 개의 가로 요소로 구성되어 있습니다. 이러한 안테나는 1/4 파장 안테나보다 최대 10dB 더 많은 이득을 제공할 수 있으며, 다른 방향에서 오는 간섭 소스를 최대 30dB까지 차단할 수 있습니다. 야기 안테나는 대개 단일 TV 채널(6MHz)만을 수용할 수 있는 매우 좁은 대역폭 때문에 무선 마이크 응용 프로그램에서 거의 사용되지 않습니다.
로그 주기 안테나는 크기와 간격이 로그 비율로 변화하는 여러 개의 다이폴(dipoles)을 사용하여 더 넓은 대역폭을 달성합니다. 더 긴 붐과 더 많은 요소는 더 큰 대역폭과 방향성을 제공합니다. 액티브 단일지향성 안테나는 긴 케이블로 인한 손실을 보상하기 위해 내장된 증폭기를 가지고 있습니다.
무선 마이크 응용 프로그램과 관련하여, 단일지향성 안테나는 일반적으로 UHF 시스템에서만 사용됩니다. 방향성 안테나는 주파수에 따라 다소 특화되어 있으므로 필요한 주파수를 커버할 적절한 안테나를 선택할 때 주의가 필요합니다. 방향성 VHF 안테나는 1~2m 너비로, 지붕에 장착된 TV 안테나와 비슷하게 기계적으로 다루기 어려운 작업이 됩니다. 이러한 안테나는 TV 응용 프로그램처럼 수평이 아닌 가로 요소를 수직 방향으로 장착해야 합니다. 이는 송신 안테나가 대개 수직으로 설치되기 때문입니다. 단일지향성 안테나는 주로 장거리 응용 프로그램에 사용됩니다. 송신기와 단일지향성 안테나 사이의 최소 거리는 15m를 권장합니다.
로그인하면 댓글을 남길 수 있습니다.
[공지]회원 가입 방법
[공지]글 작성 및 수정 방법
음향/wireless/antenna/start.txt · 마지막으로 수정됨: 저자 정승환