파라볼라 안테나

3. 역사

4. 이득

안테나의 이득은 등방성 복사체로부터 전송되는 신호를 수집하여 증폭하는 정도를 나타내는 단위로, 보통 dBi로 표현한다.^[40] 파라볼라 안테나의 이득은 다음 공식으로 계산된다.

:$G\; =\; \backslash frac\{4\; \backslash pi\; A\}\{\backslash lambda^2\}e\_A\; =\; \backslash left(\backslash frac\{\backslash pi\; d\}\{\backslash lambda\}\backslash right)^2\; e\_A$

• $A$: 반사면 구경의 넓이. 둘레가 원형인 포물반사면이라면 그 둘레가 만드는 원의 넓이가 된다.
• $d$: 포물반사면의 지름
• $\backslash lambda$: 전파의 파장
• $e\_A$: 0에서 1 사이의 값을 갖는 무차원 인자로, "안테나 유효 구경"이라고 한다. 파라볼라 안테나의 $e\_A$ 값은 보통 0.55에서 0.70 사이이다.

• ''급전부 누설'': 급전 안테나에서 나오는 일부 복사가 접시 가장자리 바깥쪽으로 떨어져 주빔에 기여하지 않는다.
• ''급전부 조명 테이퍼'': 모든 구경 안테나의 최대 이득은 복사 빔의 강도가 전체 구경 면적에 걸쳐 일정할 때만 달성된다. 그러나 급전 안테나의 복사 패턴은 일반적으로 접시의 바깥쪽으로 갈수록 줄어들기 때문에, 접시의 바깥쪽 부분은 더 낮은 강도의 복사로 "조명"된다.
• ''구경 차단'': 빔 경로에서 접시 앞에 급전 안테나가 위치한 전면 급전 파라볼라 접시에서 급전 구조와 그 지지대가 빔의 일부를 차단한다.
• ''형상 오차'': 반사판 형상의 임의의 표면 오차는 효율을 낮춘다.

4. 1. 이득과 가공 정밀도의 관계

5. 파라볼라 안테나의 변형

• '''오프셋 파라볼라 안테나'''(오프액시스 파라볼라 안테나): 위성 방송용 수신 안테나에서 자주 볼 수 있는 타원형 안테나이다. 반사기는 포물면의 일부를 잘라낸 것이며, 평행하게 된 빔을 1차 방사기 및 그 지지물이 가리지 않아 소형 안테나로 손실을 줄일 수 있다. 또한 방사기를 하부에 배치하면 거울면이 수직에 가까워져서 적설을 억제할 수 있다.^[6] 거울면이 수직에 가까워지면 상대적으로 수평 하중이 경감되므로, 반사기 풍압 면적 확대로 인한 하중 증가를 보완하여도 지지대(페데스탈)의 점유 면적 및 구조 축소가 기대할 수 있다. 그 때문에 SNG중계차에서도 이용된다.
• '''혼 리플렉터 안테나''': 1차 방사기에 혼 안테나를 사용하는 방식이다.

6. 응용 분야

파라볼라 안테나는 주로 극초단파(UHF)보다 짧은 파장의 전파(주로 센티미터파(SHF))에서 사용되며, 다중 무선 통신, 위성 통신, 위성방송(일명 BS·CS), 전파 천문학에 사용된다.^[1]

반사경 지름은 용도에 따라 다른데, 위성방송 수신만을 위한 가정용은 작고(2m 이하), 지구상의 다중 무선 통신 등은 0.75~수 m, 통신 위성에 직접 송수신을 하는 지구국에서는 수십 m에 이르는 것도 있다.^[1]

1990년대 초반까지 극초단파대에서 사용되었을 때는, 복사기를 반파장 다이폴, 주 복사 방향에 복사기보다 약간 짧은 도파관, 그리고 반사경만을 포물면이고 격자 모양으로 한 그리드 파라볼라 안테나(즉, 반사경 이외는 야기 안테나와 같다)로 하는 경우가 많았다.^[1]

그리드 파라볼라 안테나의 주요 용도는 400MHz 대역 다중 무선 통신용 고정 회선이었다.^[1]

7. 특징

• 반사 면적이 같을 경우, 이득은 사용 주파수의 제곱에 비례한다.
• 지향성이 날카롭고, 측면이나 후방으로의 누설도 적다.
• 반사기 자체는 이득, 빔폭 이외의 주파수 특성을 가지지 않으므로, 광대역이다.

8. 기타

국립천문대 등에서는 전파천문학 과학 실험으로 중국식 웍의 포물면을 이용한 파라볼라 안테나로 BS 방송 수신 실험을 소개하고 있다.^[23]

2007년 9월 22일에 용의자가 체포된 인터넷 경매 사기 사건에서, 용의자가 알루미늄박으로 만든 지름 30cm 정도의 파라볼라 안테나를 사용하여 다른 가정이나 사무실에 있는 라우터의 무선랜을 잡아 인터넷에 접속함으로써 IP 주소로 개인을 특정하기 어렵게 했다고 보도되었다. 참고로, 이러한 파라볼라 안테나나 이와 유사한 형태의 금속제 볼 등의 구조물로 자신이나 동거인이 운용하고 있는 무선랜이나 모바일 데이터 통신^[24]의 수신 강도를 개선하는 기술 자체는 그다지 드물지 않다.

지상 디지털 방송 수신을 위해 거의 수평 방향으로 설치된 파라볼라 안테나는 케이블 텔레비전 수신소나 텔레비전 방송국 중계국에서 본국으로부터의 신호를 받는 데 사용되거나, 전기 공사 회사가 시연용으로 설치하기도 한다. 파라볼라 안테나는 지향성이 매우 강해 스필오버(디지털 텔레비전 지상파에서 보이는 고의적인 혼신)나 이상 전파 등에 의한 혼신을 야기 안테나를 수평으로 스택하는 것보다 강력하게 억제할 수 있다. 그러나 파라볼라 안테나는 수신하는 전파의 파장이 길수록 성능이 저하되고, 안정적인 수신에 필요한 크기가 커지기 때문에, BS에 비해 파장이 15배 이상 긴 지상파의 파라볼라 안테나는 비용, 크기, 중량 면에서 개인에게는 매우 어려운 과제이다. 참고로, 아날로그 방송 시대에는 당시 VHF 대역을 사용하던 텔레비전 방송국의 본국 수신을 위해 UHF용 파라볼라 안테나보다 더 큰 파라볼라 안테나가 설치된 텔레비전 중계국도 있었다.

과거, NEC 홈일렉트로닉스(日本電気ホームエレクトロニクス)는 BS 방송 수신 시스템 브랜드로 파라볼라 안테나에서 유래한 “파라볼라(パラボーラ)”를 사용했다.

참조

_[1] 서적 The ARRL Antenna Book, 19th Ed. American Radio Relay League
_[2] 서적 Antenna Theory and Design, 3rd Ed. https://books.google[...] John Wiley & Sons 2012
_[3] 서적 Antennas and Wave Propagation https://books.google[...] Pearson Education India 2006
_[4] 서적 Practical Antenna Handbook, 5th Ed. https://wiki.la-com.[...] McGraw-Hill 2012
_[5] 웹사이트 The Parabolic Reflector Antenna https://www.antenna-[...] Antenna-Theory.com website 2011-09-04
_[6] 서적 Microwave transmission networks: Planning, Design, and Deployment https://books.google[...] McGraw Hill Professional
_[7] 서적 Microwave Horns and Feeds https://books.google[...]
_[8] 서적 The ARRL Antenna Book, 19th Ed. American Radio Relay League
_[9] 서적 Introduction to RF Propagation https://books.google[...] John Wiley and Sons 2005
_[10] 학술지 Design of dual-reflector antennas with arbitrary phase and amplitude distributions IEEE
_[11] 학술지 RF Design and Predicted Performance for a Future 34-Meter Shaped Dual-Reflector Antenna System Using the Common Aperture XS Feedhorn http://tmo.jpl.nasa.[...]
_[12] 서적 Fixed broadband wireless system design https://books.google[...] John Wiley & Sons
_[13] 서적 Satellite systems: principles and technologies https://books.google[...] Springer
_[14] 서적 Satellite Systems Engineering in an IPv6 Environment https://books.google[...] CRC Press
_[15] 서적 Antennas for all applications https://books.google[...] McGraw-Hill 2002
_[16] 서적 Introduction to Theoretical Physics https://archive.org/[...]
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_[18] 웹사이트 Large Space Antenna Concepts for ESGP https://ntrs.nasa.go[...] Rockwell International 2009-07-31
_[19] 학회발표 Historical review of reflector antenna systems developed for satellite communication by MELCO http://ap-s.ei.tuat.[...] Mitsubishi Electric Corp. 2006
_[20] 서적 Fixed broadband wireless system design https://books.google[...] John Wiley & Sons
_[21] 학술지 Surface Error Measurements of Reconfigurable Antennas Based on Antenna Gain Analyses https://doi.org/10.2[...] 2008
_[22] 웹사이트 ISAS 衛星構造の高精度化 / 宇宙科学の最前線 https://www.isas.jax[...] 2020-09-18
_[23] 웹사이트 「アルマーの冒険」第3回 https://www.nao.ac.j[...] 국립천문대 2019-10-08
_[24] 문서 파라볼라 안테나 크기와 주파수의 관계
_[25] 서적 The ARRL Antenna Book, 19th Ed. American Radio Relay League
_[26] 서적 Antenna Theory and Design, 3rd Ed. https://books.google[...] John Wiley & Sons 2012
_[27] 웹사이트 임피던스 정합 http://www.ktword.co[...] KT
_[28] 서적 Microwave transmission networks: Planning, Design, and Deployment McGraw Hill Professional
_[29] 웹사이트 Offset-fed Parabolic Dish Antennas http://www.qsl.net/n[...]
_[30] 학회발표 Historical review of reflector antenna systems developed for satellite communication by MELCO http://ap-s.ei.tuat.[...] Mitsubishi Electric Corp. 2006
_[31] 웹사이트 통신 이론의 기본 사항 http://ocw.dongyang.[...]
_[32] 웹사이트 위성안테나크기 http://www.sekisat.c[...] Vision TV
_[33] 뉴스 Astrophysicist Robert Brown, leader in telescope development, named to head NAIC and its main facility, Arecibo Observatory http://www.news.corn[...] Cornell University 2003-01-21
_[34] 서적 Microwave horns and feeds https://books.google[...] IET
_[35] 웹사이트 Large Space Antenna Concepts for ESGP http://ntrs.nasa.gov[...] Rockwell International 2009-07-31
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_[37] 콘퍼런스 Historical review of reflector antenna systems developed for satellite communication by MELCO http://ap-s.ei.tuat.[...] Mitsubishi Electric Corp. 2006
_[38] 웹사이트 Simulation of Wire Antennas using 4NEC2 http://www.qsl.net/4[...]
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_[41] 문서 데시벨(dB) 설명