무지향성 안테나

무선 통신에서 무지향성 안테나(영어: Omnidirectional antenna)는 축에 수직인 모든 방향(방위각 방향)으로 동일한 무선 전력을 방사하지만, 축에 대한 각도(앙각)에 따라 전력이 달라지고 축에서는 0으로 감소하는 안테나의 한 종류이다.^[1][2] 3차원으로 그래프를 그리면(그래프 참조) 이 방사 패턴은 흔히 도넛 모양으로 묘사된다. 이는 모든 방향으로 동일한 전력을 방사하여 구형 복사 패턴을 갖는 등방성 안테나와 다르다. 수직으로 배열된 무지향성 안테나는 모든 수평 방향으로 동일하게 방사하는 반면, 앙각에 따라 방사되는 전력이 감소하여 하늘이나 지면으로 향하는 무선 에너지가 적고 낭비되지 않으므로 지표면에서 비지향성 안테나로 널리 사용된다.

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  마스트 레디에이터 AM 라디오 방송국의 안테나
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  워키토키의 윔 안테나

무지향성 안테나는 라디오 방송 안테나^[3] 및 휴대 전화, FM 라디오, 워키토키, 무선망, 무선 전화, GPS와 같이 무선을 사용하는 모바일 장치, 그리고 경찰 및 택시 배차 및 항공기 통신과 같은 모바일 무선과 통신하는 기지국에 널리 사용된다.

단순한 무지향성 안테나인 수직 반파장 다이폴 안테나의 복사 패턴. 이 그래프에서 안테나는 "도넛" 또는 원환면의 중심에 있다. 중심으로부터의 반지름 거리는 해당 방향으로 방사되는 전력을 나타낸다. 방사되는 전력은 수평 방향에서 최대이며 안테나 바로 위와 아래에서는 0으로 떨어진다.

무지향성 반파장 다이폴 안테나가 전파를 송신하는 애니메이션. 중앙의 안테나는 두 개의 수직 금속 막대로, 무선 송신기(표시되지 않음)에서 교류 전류가 중앙에 인가된다. 전기장 루프(검은색 선)가 안테나를 떠나 빛의 속력으로 멀리 이동한다. 이것이 전파이다. 이 다이어그램은 축을 통과하는 단일 평면에서의 복사만 보여주며, 복사는 안테나의 수직 축에 대해 대칭이다.

종류

 ⁠ 3 / 2 ⁠ λ   모노폴 안테나의 복사 패턴. 무지향성 안테나의 복사는 방위각 방향으로 대칭이지만, 앙각에 따라 복잡하게 변할 수 있으며, 다른 각도에서 로브와 널(null)을 가질 수 있다.

가장 일반적인 무지향성 안테나 설계는 접지면 위에 장착된 수직 막대 도체로 구성된 모노폴 안테나와 두 개의 동축 수직 막대로 구성된 수직 다이폴 안테나이다. 4분의 1 파장 모노폴과 반파장 다이폴은 모두 수평 방향으로 최대 복사를 하는 단일 광대역 로브로 구성된 수직 복사 패턴을 가지므로 인기가 많다. 가장 컴팩트한 공진 안테나인 4분의 1 파장 모노폴은 세계에서 가장 널리 사용되는 안테나일 것이다. 5/8 파장 모노폴 – 길이  0.625 λ , 즉 파장의 ⁠ 5 / 8 ⁠ – 또한 인기가 있는데, 이 길이에서 모노폴은 방사된 전력의 가장 많은 부분을 수평으로 향하게 하여 장거리 통신을 위한 송신 전력을 가장 잘 활용하기 때문이다.

저이득 무지향성 안테나의 일반적인 유형으로는 윔 안테나, "러버 덕키" 안테나, 접지면 안테나, 수직 방향의 다이폴 안테나, 디스콘 안테나, 마스트 레디에이터, 수평 루프 안테나(모양 때문에 구어적으로 '원형 안테나'라고도 함), 할로 안테나 등이 있다.

고이득 무지향성 안테나도 만들 수 있다. 이 경우 "고이득"은 안테나가 더 높거나 낮은 앙각으로는 적은 에너지를, 수평 방향으로는 더 많은 에너지를 방사한다는 의미이다. 고이득 무지향성 안테나는 일반적으로 동축 다이폴 배열을 사용하여 구현된다. 이들은 위상으로 급전되는 여러 반파장 다이폴을 동축으로(일렬로) 장착한 것이다.^[4]

• 동축 동축(COCO) 안테나는 위상이 같은 반파장 복사기를 생성하기 위해 전치된 동축 부분을 사용한다.^[5]

• 프랭클린 배열은 짧은 U자형 반파장 부분을 사용하여 원거리장에서 복사가 상쇄되어 각 반파장 다이폴 부분이 동일한 위상이 되도록 한다.

• 다른 유형은 무지향성 마이크로스트립 안테나(OMA)이다.^[6]

분석

무지향성 H-평면 패턴을 가진 수직 편파 VHF-UHF 이중 원뿔 안테나 170–1100 MHz

무지향성 복사 패턴은 공통 축에 하나 또는 두 개의 직선 막대 도체로 구성된 가장 단순한 실용적 안테나인 모노폴 안테나와 다이폴 안테나에 의해 생성된다. 안테나 이득(G)은 안테나 효율(e)에 안테나 지향성(D)을 곱한 것으로 정의되며, 수학적으로 ${\displaystyle G=eD}$로 표현된다. 무지향성 복사 패턴 지향성(D)을 데시벨로 나타내고 반전력 빔 폭(HPBW)과의 유용한 관계는 ${\displaystyle \sin(b\theta )/{b\theta }}$ 패턴 모양을 가정할 때 다음과 같다.^[7]

${\displaystyle D\approx 10\log _{10}\left({\frac {101.5}{{\text{HPBW}}-0.00272\,{\text{HPBW}}^{2}}}\right)\ {\text{ dB}}.}$

같이 보기

• 초크 링 안테나
• 지향성 안테나