텔레비전 안테나

텔레비전 안테나(영어: Television antenna)는 (영국 영어에서는) 텔레비전 에어리얼(영어: television aerial)이라고도 불리며, 텔레비전 방송국으로부터 지상파 무선 (OTA) 방송 텔레비전 신호를 수신하기 위해 텔레비전 수상기(TV)와 함께 사용하도록 특별히 설계된 안테나이다. 지상파 텔레비전은 초단파(VHF) 대역에서 약 47~250 MHz, 극초단파(UHF) 대역에서 470~960 MHz 로 국가마다 방송된다.

건물 측면에 설치된 두 개의 야기 안테나형 옥외 안테나

실내형 라빗 이어스 안테나. 이 모델은 UHF 수신용 루프 안테나도 포함하고 있다.

텔레비전 안테나는 실내용과 실외용 두 가지 종류로 제조된다. 실내용 안테나는 텔레비전 수상기 위나 옆에 놓도록 설계되었지만, 최적의 수신을 위해 창문 근처에 가능한 한 높이 배치하는 것이 이상적이다.^[1] 가장 일반적인 실내 안테나는 VHF 채널에 가장 적합한 다이폴 안테나^[2] ("토끼 귀")와 UHF에 가장 적합한 루프 안테나이다.^[3] 반면 옥외 안테나는 집주인의 집에 있는 방송탑 위에^[4] 또는 건조한 환경과 높아진 고도가 수신 및 안테나 수명에 유리한 로프트 또는 다락방에 장착되도록 설계되었다. 옥외 안테나는 더 비싸고 설치하기 어렵지만 텔레비전 방송국에서 멀리 떨어진 변두리 지역에서 적절한 수신을 위해 필요하다. 이들의 가장 일반적인 유형은 야기 안테나^[2], 로그 주기 안테나,^[2] 및 (UHF용) 다중 베이 반사 배열 안테나이다.

설명

안테나의 목적은 원하는 텔레비전 방송국에서 전파를 가로채서 이를 작은 무선주파수 교류로 변환하여 텔레비전의 튜너에 적용하고, 튜너는 텔레비전 신호를 추출한다.^[5] 안테나는 전송선로라고 불리는 무선 전류를 운반하도록 설계된 특수 케이블로 텔레비전에 연결된다. 이전 안테나는 300 옴 트윈 리드라고 불리는 평평한 케이블을 사용했다. 오늘날의 표준은 간섭에 덜 취약한 75 옴 동축 케이블이며, 이는 TV 뒷면의 F 단자 또는 벨링-리 커넥터(지역에 따라 다름)에 연결된다.^[6] 트윈 리드 라인을 사용하는 안테나의 신호를 현대적인 동축 케이블 입력으로 변환하기 위해 발룬이라는 작은 변압기가 라인에 사용된다.

대부분의 국가에서 텔레비전 방송은 유럽에서는 VHF 저대역 또는 Band I이라고 불리는 47~68 MHz의 초단파(VHF) 대역, 유럽에서는 VHF 고대역 또는 Band III이라고 불리는 174~216 MHz 대역, 그리고 유럽에서는 Band IV 및 V라고 불리는 470~698 MHz의 극초단파(UHF) 대역에서 허용된다.^[7] 각 대역의 경계는 국가마다 다소 다르다. 이 대역의 전파는 가시선으로 이동한다. 언덕과 지평선에 의해 차단되어 텔레비전 방송국의 수신 영역을 지형에 따라 65–95 km (40–60 마일)로 제한한다.

아날로그 대 디지털

2006년 이전에 사용된 이전 표준 아날로그 텔레비전에서는 VHF 및 UHF 대역에 별도의 안테나 입력이 있는 텔레비전 수신기의 별도 튜너가 필요했다. 전파의 파장은 빛의 속도(c)를 주파수로 나눈 값과 같다. 위의 주파수 대역은 15:1 파장 비율 또는 거의 4 옥타브를 포함한다. 이러한 넓은 파장 범위를 수신하는 단일 안테나를 설계하는 것은 어렵고, VHF와 UHF 주파수 사이에는 216~470 MHz의 옥타브 간격이 있다. 따라서 전통적으로 VHF 및 UHF 채널을 수신하기 위해 별도의 안테나(단일 지지 붐에 별도의 요소 세트가 있는 실외 안테나)가 사용되었다.^[6]

2006년부터 전 세계 많은 국가에서 기존 아날로그 텔레비전 표준을 사용하는 방송에서 새로운 디지털 텔레비전^[8](DTV)으로 전환했다. 그러나 동일한 방송 주파수가 일반적으로 사용되므로 구형 아날로그 텔레비전에 사용되던 안테나도 새로운 DTV 방송을 수신한다. 판매자들은 종종 기존 아날로그 텔레비전 안테나의 대체품으로 특별한 디지털 또는 고선명 텔레비전(HDTV) 안테나를 공급한다고 주장하지만, 이는 불필요한 장비 판매를 위한 잘못된 정보일 뿐이다.^[9][10] 최악의 경우, 시청자는 일부 디지털 방송국이 원래 고 VHF 또는 저 VHF 주파수에 남아 있는 지역 시장(특히 북미)에서 UHF 전용 안테나를 사용하게 될 수도 있다.

수신 문제

동독의 서독 TV 보급률.

텔레비전 방송 송신기에 도달할 수 없는 지역은 오스트레일리아에서 음영 지역으로 알려져 있다.^[11] 동독에서는 서방 TV 신호를 수신할 수 없는 지역을 무지의 골짜기라고 불렀다.

실내

 이 부분의 본문은 실내 안테나입니다.

UHF 수신용 루프 안테나. 이 모델은 VHF용 망원 폴대 두 개도 가지고 있다. 또한 신호 강도를 개선하기 위한 주 전원 증폭기도 있다.

실내 안테나는 텔레비전 자체에 장착하거나 짧은 피드 라인으로 텔레비전에 연결된 옆 테이블에 놓을 수 있다. 공간 제약으로 인해 실내 안테나는 실외 안테나만큼 크고 정교할 수 없으며, 높은 고도에 장착되지 않고 건물 벽이 일부 전파를 차단한다. 이러한 이유로 실내 안테나는 일반적으로 실외 안테나만큼 좋은 수신을 제공하지 못한다.^[6] 그러나 지역 텔레비전 방송국의 강한 방사 영역 내에 있는 도시 및 교외 지역에서는 종종 완벽하게 적합하다. 하지만 시골의 변두리 수신 지역에서는 실외 안테나만이 적절한 수신을 제공할 수 있다. 가장 간단한 실내 안테나 중 일부는 아래에 설명되어 있지만, 다양한 디자인과 유형이 존재한다. 많은 안테나에는 안테나의 수신 패턴을 변경하기 위한 여러 설정이 있는 다이얼이 있다. 이 다이얼은 TV를 켜고 화면을 보면서 최상의 화질을 얻을 때까지 돌려야 한다.

토끼 귀

동축 플러그가 있는 '토끼 귀' 안테나

가장 오래되고 가장 널리 사용되는(적어도 미국에서는) 실내 안테나는 토끼 귀(rabbit ears 또는 bunny ears)이며, 종종 새 텔레비전 세트와 함께 제공된다.^[6] 이는 VHF 텔레비전 대역(미국에서는 54~88 MHz(Band I) 및 174~216 MHz(Band III)로, 파장은 5.5 to 1.4 m (18 to 5 피트)임)을 수신하는 데 사용되는 간단한 반파 다이폴 안테나이다. 두 개의 텔레스코핑 막대가 베이스에 부착되어 있으며, 약 1 m (3.3 피트) 길이(54 MHz에서 대략 4분의 1 파장)까지 확장되며 사용하지 않을 때는 접을 수 있다. 최상의 수신을 위해서는 막대를 수신하려는 텔레비전 채널 주파수 파장의 ⁠1/4⁠보다 약간 짧게 조정해야 한다. 그러나 다이폴은 넓은 대역폭을 가지므로 종종 길이를 조정하지 않고도 적절한 수신이 이루어진다.

토끼 귀의 측정된 이득은 낮으며, 약 -2 dBi 또는 반파 다이폴에 비해 -4 dB이다.^[6] 이는 크고 지붕에 설치된 안테나처럼 지향성이 높거나 먼 방송국에 민감하지 않다는 것을 의미한다. 그러나 넓은 각도 수신 패턴 덕분에 채널을 변경할 때 재조정할 필요 없이 여러 방향에 위치한 여러 방송국을 수신할 수 있다. 다이폴 안테나는 양방향성이다. 즉, 180° 떨어진 반대 방향으로 두 개의 주요 로브를 갖는다. 다른 안테나처럼 위치가 고정되지 않고, 요소들은 볼 조인트에 장착되어 있다. 이를 V자 형태로 다양한 각도로 조정할 수 있어 붐비는 공간에서 방해가 되지 않도록 움직일 수 있다. V자 형태의 또 다른 이유는 막대를 완전히 확장하여 대역 상단의 채널을 수신할 때 안테나 요소가 일반적으로 3차 고조파에서 공진하기 때문이다. 이 모드에서는 최대 이득 방향(주요 로브)이 더 이상 막대에 수직이 아니지만, 방사 패턴은 막대에 각도를 이루는 로브를 가지므로 다양한 각도로 조정할 수 있는 것이 유리하다.

채찍 안테나

카시오 휴대용 TV 측면에 있는 '휩' 안테나

일부 휴대용 텔레비전은 휩 안테나를 사용한다.^[6] 이는 텔레비전에 부착된 약 a 미터 (3.3 피트) 길이의 단일 망원 막대로 구성되며, 사용하지 않을 때는 접을 수 있다. 이는 사분의 일 파장 안테나인 모노폴 안테나로 작동한다. 피드 라인의 다른 쪽은 TV 회로 기판의 접지에 연결되어 접지 역할을 한다. 휩 안테나는 일반적으로 무지향성 수신 패턴을 가지며, 안테나 축에 수직인 방향에서 최대 감도를 보이며 토끼 귀와 유사한 이득을 갖는다.

루프 안테나

단순한 와이어 루프 안테나

UHF 채널은 종종 단일 턴 루프 안테나로 수신된다.^[6] 토끼 귀 안테나는 VHF 대역만 커버하기 때문에, 모든 TV 채널을 커버하기 위해 동일한 베이스에 장착된 UHF 루프와 종종 결합된다. 물론 이는 국가 및 지역에 따라 다르다. 예를 들어 영국과 아일랜드에서는 지상파 TV 방송이 UHF 대역에서만 이루어지므로 루프 안테나가 필수적이며 토끼 귀는 FM 라디오 수신에만 유용할 것이다.^[12][13]

평면 안테나

평면 안테나

실내 안테나의 최근 현상으로는 가볍고 얇으며 일반적으로 사각형 모양으로 더 넓은 무지향성 수신을 주장하는 평면 안테나가 있다. 또한 현대적인 미니멀리스트 가정 디자인과 더 잘 어울린다고 홍보된다.^[14] 평면 안테나는 스탠드를 가질 수 있거나 벽이나 창문에 걸 수 있다.^[15] 내부적으로 얇고 평평한 사각형은 원형 금속 배선이 전도성 플라스틱에 내장된 루프 안테나이다.

실외

 야기 안테나 및 로그 주기 안테나 문서를 참고하십시오.

와인가드 68소자 초단파/극초단파 에어리얼 안테나. 이 흔한 멀티밴드 안테나 유형은 전면에 극초단파 야기 안테나를, 후면에 초단파 로그 주기 안테나를 결합하여 사용한다.

교외 또는 변두리 수신 지역에서 적절한 수신을 위해 고이득 안테나가 필요할 때, 보통 실외 지향성 안테나가 사용된다. 대부분의 단순 안테나가 제로 응답 지점인 널 방향을 가지지만, 유용한 이득 방향은 매우 넓다. 이와 대조적으로 지향성 안테나는 거의 단방향 방사 패턴을 가질 수 있으므로 안테나의 올바른 끝이 TV 방송국을 향해야 한다. 안테나 설계가 더 높은 이득을 제공할수록 방사 패턴의 주요 로브는 더 좁아진다. 실외 안테나는 신호 강도를 최대 15 dB 증가시키고 아날로그 TV에서 고스트 신호를 15-20 dB 더 잘 제거한다.^[6] 높이로 인한 14 dB 신호 증가와 건물 벽의 감쇠 부족으로 인한 11 dB 증가를 결합하면 실외 안테나는 TV 수신기에서 최대 40 dB의 신호 강도 증가를 가져올 수 있다.^[6]

실외 안테나 설계는 종종 야기 안테나^[16] 또는 로그 주기 다이폴 배열(LPDA)을 기반으로 한다.^[17] 이들은 여러 반파 다이폴 안테나 요소로 구성되며, 텔레비전 신호 파장의 약 절반 길이의 금속 막대가 지지 붐 위에 일렬로 장착되어 있다. 이들은 공명기 역할을 한다. 들어오는 전파의 전기장은 막대 내의 전자를 앞뒤로 밀어 막대 내에 진동 전압의 정상파를 생성한다. 안테나는 더 적거나 더 많은 막대 요소를 가질 수 있으며, 일반적으로 요소가 많을수록 이득이 높고 지향성이 강하다. 주로 UHF 수신에 사용되는 또 다른 설계는 전면에 여러 다이폴 요소가 장착된 수직 금속 스크린으로 구성된 반사 배열 안테나이다.

텔레비전 방송 대역은 단일 안테나로 커버하기에는 너무 넓은 주파수 범위를 가지고 있어, VHF 및 UHF 대역에 별도의 안테나를 사용하거나 VHF/UHF 복합(콤보) 안테나를 사용하는 두 가지 옵션이 있다.^[6] VHF/UHF 안테나는 동일한 지지 붐에 장착되어 동일한 피드 라인을 공급하는 두 개의 안테나를 결합한다. VHF 주파수를 수신하는 더 긴 요소는 붐의 뒷면에 위치하며 종종 로그 주기 안테나로 작동한다. UHF 방송국을 수신하는 더 짧은 요소는 붐의 앞면에 위치하며 종종 야기 안테나로 작동한다.

지향성 안테나는 송신 안테나를 향해야 하므로, 수신할 텔레비전 방송국이 다른 방향에 위치할 경우 문제가 된다. 이 경우, 서로 다른 송신기를 향하는 두 개 이상의 지향성 옥상 안테나를 동일한 마스트에 장착하고 하나의 수신기에 연결하여 최상의 성능을 얻는다. 필터 또는 매칭 회로를 사용하여 각 안테나가 동일한 전송선에 연결된 다른 안테나의 성능을 저하시키는 것을 방지한다. 다른 대안은 로테이터에 장착된 단일 안테나를 사용하는 것이다. 로테이터는 텔레비전 옆의 다이얼을 돌리면 안테나를 새로운 방향으로 회전시키는 원격 서보 시스템이다.

때때로 텔레비전 송신기는 특정 지역의 수신기가 전체 UHF 텔레비전 스펙트럼의 비교적 좁은 대역에서만 그리고 같은 방향에서만 송신을 수신하도록 의도적으로 배치되어 더 높은 이득을 가진 집합형 안테나를 사용할 수 있도록 한다.

• 
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  UHF 텔레비전 안테나
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  방수 처리되어 옥외에 설치된 토끼 귀 실내 안테나

설치

 방송탑 문서를 참고하십시오.

집 옆의 짧은 안테나 폴대

여러 개의 야기 TV 안테나

안테나는 일반적으로 지붕에, 때로는 다락방에 설치된다. 안테나를 실내에 설치하면 가용 신호 레벨이 크게 감쇠된다.^[18][19] 지향성 안테나는 수신하려는 송신기를 향해야 한다. 대부분의 경우 높은 정확도는 필요하지 않다. 특정 지역에서는 모든 텔레비전 송신기가 대략 같은 방향에 위치하고 주파수 간격이 충분히 가까워서 단일 안테나로 모두 수신할 수 있도록 배열되는 경우가 있다. 단일 송신기 위치에서 여러 채널의 신호를 전송할 수도 있다. CABD(공동 안테나 방송 배급)는 무선 주파수를 통해 전송되는 무료 TV/FM 신호를 수신하여 시청자에게 배포하기 위해 건물 내에 설치된 시스템이다.^[20]

아날로그 텔레비전 신호는 영상의 고스팅에 취약하다. 여러 개의 밀접하게 배치된 이미지가 흐릿하고 반복되는 가장자리를 만들어내는 현상이다. 이는 신호가 주변 물체(건물, 나무, 산)에서 반사되기 때문이며, 다양한 강도와 지연을 가진 여러 신호 복사본이 수신된다. 이는 다른 전송과 다르다. 안테나를 신중하게 배치하면 다양한 채널에서 고스트를 최소화하는 절충 위치를 찾을 수 있다. 고스팅은 또한 동일한 수신기에 연결된 여러 안테나가 동일한 방송국을 수신할 때도 발생할 수 있으며, 특히 스플리터/병합기에 연결하는 케이블 길이가 다르거나 안테나가 너무 가까이 있을 때 더욱 그렇다.^[21] 아날로그 텔레비전은 고스팅이 없는 디지털 텔레비전으로 대체되고 있다. 아날로그 신호에서 고스팅을 유발하는 동일한 반사 신호는 디지털에서는 볼 수 있는 콘텐츠를 전혀 생성하지 않는다. 그러나 이 경우 간섭은 훨씬 더 심각한 이미지 품질 저하를 유발한다.

옥상 및 기타 옥외 안테나

영국 주택 지붕에 설치된 안테나들

안테나는 보통 지붕 위에 설치된 폴대에 부착되어 지붕 위로 올라간다. 대부분의 지역에서는 이것으로 충분하다. 그러나 깊은 계곡이나 더 높은 구조물 근처와 같은 일부 장소에서는 가이드 마스트 또는 방송탑을 사용하여 안테나를 상당히 더 높게 배치해야 할 수도 있다. 안테나를 실내에 연결하는 전선은 다운리드 또는 드롭이라고 불리며, 다운리드가 길수록 전선 내에서 신호 감쇠가 커진다. 특정 케이블은 이러한 경향을 줄이는 데 도움이 될 수 있다.

안테나를 높이 설치할수록 성능이 향상된다. 이득이 높은 안테나는 선호하는 방향에서 더 약한 신호를 수신할 수 있다. 중간에 있는 건물, 지형적 특징(산), 울창한 숲은 신호를 약화시키지만, 많은 경우 신호는 반사되어 사용 가능한 신호가 여전히 존재한다. 높거나 복잡한 안테나에는 구조물이 떨어지거나 날씨에 의해 파괴되는 것과 같은 내재된 물리적 위험이 있다. 또한 지역 조례에 따라 건축 허가 없이 구조물의 높이 등을 제한하는 다양한 규정이 있다. 예를 들어 미국에서는 1996년 전기통신법 (공중 수신 장치 OTARD 규칙)이 "모든 소유자 또는 세입자"^[22]에게 "자신이 소유하거나 독점적으로 사용하거나 통제하는 재산에",^[22] "지역 텔레비전 방송 신호를 수신하도록 설계된 안테나"를 설치할 권리를 허용하지만, "지붕선 위 12 피트 [3.5 m]보다 높은 마스트는 지역 허가 요건의 적용을 받을 수 있다"고 명시하고 있다.^[23]

실내 안테나

앞서 논의했듯이, 안테나는 신호가 안테나의 단점을 극복할 만큼 강한 실내에 배치될 수 있다. 안테나는 단순히 텔레비전 수신기에 연결되어 편리하게, 종종 수신기 상단("셋톱")에 놓인다. 때로는 최상의 화질을 얻기 위해 위치를 시험해 봐야 할 필요가 있다. 실내 안테나는 일반적으로 TV 부스터라고 불리는 RF 증폭의 이점도 얻을 수 있다. 실내 안테나의 수신은 신호가 약한 지역에서 문제가 될 수 있다.

다락방 설치

때로는 안테나를 지붕에 놓지 않는 것이 바람직할 수 있는데, 이 경우 실외용으로 설계된 안테나가 종종 다락방이나 로프트에 장착된다. 물론 다락방용으로 설계된 안테나도 구할 수 있다. 안테나를 실내에 놓으면 지면 위 고도가 낮아지고 벽이 중간에 가로막혀 성능이 크게 저하되지만, 신호가 강한 지역에서는 수신이 만족스러울 수 있다.^[19] 아스팔트 지붕널 한 겹, 루프 펠트, 합판 지붕 데크는 신호를 약 절반으로 감쇠시키는 것으로 간주된다.^[24]

여러 안테나, 회전 장치

지붕에 수평 및 수직으로 설치된 두 개의 안테나

때로는 같은 방향에 있지 않은 송신기에서 신호를 수신하는 것이 바람직할 때가 있다. 이는 한 번에 한 방송국에 대해 회전 장치를 사용하여 안테나를 원하는 대로 돌리는 방식으로 달성할 수 있다. 또는 원하는 송신기를 향하는 두 개 이상의 안테나를 적절한 회로로 결합하여 사용할 수 있다. 안테나가 서로 간섭하는 것을 방지하려면 붐 사이의 수직 간격이 수신할 최저 주파수 파장의 절반 이상이어야 한다(거리 = ⁠λ/2⁠).^[21] 54 MHz (채널 2)의 파장은 5.5 m (18 피트) (λ × f = c)이므로 안테나는 최소 2.25 m (90 인치) 떨어져 있어야 한다. 또한 안테나를 신호 스플리터/병합기에 연결하는 케이블 길이가 정확히 동일하여 아날로그 수신에서 고스팅을 유발하는 위상 문제를 방지하는 것이 중요하다. 즉, 두 안테나가 모두 같은 방송국을 수신할 수 있으며, 짧은 케이블을 가진 안테나의 신호가 수신기에 약간 더 빨리 도달하여 수신기에 약간 어긋난 두 개의 그림을 제공한다. 다운리드 케이블 길이가 같더라도 위상 문제가 발생할 수 있다. 대역 필터 또는 신호 트랩이 이 문제를 줄이는 데 도움이 될 수 있다.

다락방과 같이 높이가 제한된 공간에서 여러 안테나를 나란히 배치하는 경우, 안테나 사이의 가장 가까운 지점은 수신할 최저 주파수 파장의 최소 한 배는 떨어져 있어야 한다.

여러 안테나가 종종 사용될 때, 하나는 같은 위치에 있는 여러 방송국을 위한 것이고, 다른 하나는 다른 방향에 있는 단일 송신기를 위한 것이다.

안전

• TV 안테나는 전기를 잘 전도하며 피뢰침 역할을 하여 번개를 유인한다. 일반적으로 이를 방지하기 위해 피뢰기가 사용된다. 안테나와 마스트 또는 폴대 모두에 연결된 큰 접지봉이 필요하다.^[25]
• 적절하게 설치된 마스트, 특히 높은 마스트는 가이 와이어로 아연 도금된 케이블로 고정되며, 절연체는 필요 없다. 이들은 해당 지역의 최악의 기상 조건을 견디도록 설계되었으며, 떨어지더라도 전력선에 간섭하지 않도록 배치된다.
• 텔레비전 안테나를 설치하거나 조정하기 위해 집 지붕에 올라가는 것은 본질적인 위험이 따른다.

같이 보기

• 텔레비전 방송 시스템
• 방송탑: 때때로 라디오 및 TV 안테나라고도 불림
• 접시 안테나
• 위성방송
• 지상파