1. 배열 안테나 (Array Antenna)
ㅇ 안테나 미소 소자들에서 나온 전자기장 벡터들의 중첩으로, 원하는 지향성(방사 패턴)을 얻음
- 단일 안테나 소자로는 얻을 수 없는 지향성(방사 패턴)이 요구될 때,
- 2 이상의 안테나 소자들을 동시에 배열 형태로 만들어서, 원하는 지향성(방사 패턴)을 얻음
ㅇ 단일 안테나, 배열 안테나의 비교
- 단일 안테나 경우에는,
. 일단 주파수가 주어지면, 나머지(방사패턴,입력 임피던스 등)도 고정되어버리나,
- 배열 안테나의 경우에는,
. 전기적으로 안테나 전류 위상을 변화시키며, 공간적으로 원하는 방사패턴을 얻음
ㅇ 한편, 배열안테나의 가장 기초적인 해석 소자로는, ☞ 2소자 배열 안테나 참조
2. 배열 안테나의 구현 방식
ㅇ 방사 소자 배열
- 방사소자들의 집합체를 기하학적(기계적 또는 전기적)으로 배열
. 전기적으로 전류 위상을 변화시킴으로써 공간적으로 원하는 방사패턴을 얻음
ㅇ 배열 안테나 전체의 방사계
- 각 방사 소자의 방사계를 벡터적으로 합한 것
ㅇ 빔의 모양
- 배열 결합된 진폭 및 위상 분포에 의해 만들어짐 ☞ 빔 포밍 (Beamforming) 참조
3. 배열 안테나의 구성/조정
ㅇ 배열 구성/조정 방식 구분
- 공간적 배치 구조(선형,원형,구형 등)
- 방사소자 간 거리
- 각 방사소자의 급전 신호(전류)의 진폭 및 위상
. 위상 조정은 위상 천이기(Phase Shifter), 진폭 조정은 감쇠기(Attenuator) 사용
- 각 방사소자의 방사패턴
ㅇ 통상적으로, λ/2 소자를 여러 개 배열하여 사용
- 시스템의 복잡도를 고려하여, 보통 4~12개 정도를 사용
- 급전 전력을 각 안테나 소자에 분할하여 공급
- 지향성을 강화하고 안테나 이득을 높이는 구조
4. 배열 안테나의 종류
ㅇ 배열 소자의 기하학적 형태에 따라
- Linear Array Antenna (선형 배열 안테나)
. 배열 소자 중심들이 직선을 따라 놓여짐
. 등방성 동일 소자, 균등 배열이 주로 다뤄짐
.. 단, 동일 소자, 균등 간격이 필수적이지는 않음
. 각 소자들의 진폭,위상 제어 가능
- Planar Array Antenna (평면 배열 안테나)
. 배열 소자 중심들이 평면 상에 놓여짐
. 구분 : 원형 배열(Circular Array), 직사각형 배열(Rectangular Array) 등
- Nonplanar Array Antenna (비평면 배열 안테나)
. 곡선형(curved), 3 차원, 다 차원 배열 안테나 등
ㅇ 급전 형태에 따라
- 병렬 급전형
- 직렬 급전형 : 전송선로에 안테나 소자를 주기적으로 설치
ㅇ 배열 소자의 고정성 여부에 따라
- 고정 배열 안테나 (Fixed Array Antenna)
. 공간 상에 고정된 배열 패턴을 갖음
. 例) 야기 우다 배열 안테나 등
- 위상 배열 안테나 (Phased Array Antenna)
. 안테나 배열 각 소자의 전류 위상을 변화시키며, 기하학적인 원하는 방사 패턴을 얻음
.. 전자적으로 안테나 급전 신호(전류)의 위상을 조절
.. 각도별로 다른 방사패턴 형성 가능
. 例) 레이더 등에 많이 이용
5. 배열 안테나의 특징 (주로, 위상 배열 안테나)
ㅇ 마이크로파대에서 고 이득이면서도 빔 조작이 가능
- 원하는 방사패턴을 융통성있게 만들 수 있음
ㅇ 높은 신뢰성, 넓은 대역폭, 뛰어난 부엽 제어 특성
ㅇ 고 지향성 안테나 (안테나의 전기적 크기를 크게함으로써)
- 실제 안테나 크기를 늘리지 않더라도, 그 크기가 커진 것과 같은 효과 가능
ㅇ 실제 움직이지 않고도, 전기적으로 회전이 가능
- 방사패턴이 회전되도록, 각 배열 소자의 위상(시간지연)을 조절하는 등
ㅇ 다수 사용자(목표물)들을 추적 가능
- 여러 개의 주빔의 동시 생성도 가능
ㅇ 단점
- 급전회로가 복잡해짐
- 대역폭 제한 (급전회로 때문)
- 가격이 높음