Antenna Gain   안테나 이득, 안테나 게인, 공중선 이득

1. 안테나 이득

  ㅇ 안테나 급전 전력을 공간 방사 전력으로 변환하는 능력
     - 전송선로에서 안테나 급전점으로 공급된 전력을, 원하는 공간 방사 전력으로, 변환하는 능력
     - 때로는, 안테나를 공간 증폭기(공간 변환기)라고 표현하기도 함
 
  ※ 통상, 이득이란 원 신호 또는 전력을 키우는 것을 의미하나, 
     - 이와달리, 안테나 이득은 기준 안테나(등방성안테나 등) 대비 얼마나 큰지를 의미함
        . 따라서, 기준되는 안테나 종류에 따라 절대 이득[dBi] 또는 상대 이득[dBd]으로 구분됨


2. `안테나 이득(Gain)`, `방사효율`, `지향성(Directivity)` 비교

  ㅇ 지향성  D
     - 지향성은 순전히 방향 집중성에 만 관련되는 비
        . 주어진 방향의 복사세기 대비 전방향의 평균 복사세기 와의 비

  ㅇ 방사효율 η
     - `안테나에 공급된 전력`과 `안테나로부터 복사된 전력`과의 比
        . 전력 효율 관점의 비

  ㅇ 안테나 이득  G  =  D × η
     - 주어진 방향으로 지향성(D) 및 복사효율(η)을 곱한 것

  ※ 안테나 이득 및 지향성 모두가 방향에 따라 변화되므로, 특별한 언급이 없으면,
     - 문헌,스펙 상에, 이 둘 모두가 최대값(최대복사방향)으로 표기됨


3. 안테나 이득은 포괄적인 개념임

  ㅇ 단지 방향 만 고려하는 지향성(도) 보다, 이를 포괄하는 입출력 전력 比 까지도 다룸
     - 안테나 내부구조로 인한 안테나 저항성 손실(도전율,유전체 손실 등)도 포함하는 개념
        . 즉, 에너지를 주어진 방향으로 기준되는 안테나에 비해 얼마나 집중시킬 수 있는 능력
          에다가 손실까지를 포함하는 개념이라고 할 수 있음

  ㅇ 안테나 형상에 따라 다르며, 결국 안테나 이득이 클 수록 송신 출력을 줄일 수 있음


4. 안테나 이득의 정의

  ㅇ 안테나 이득의 정의
     - 최대 복사 방향(Boresight)에서의 기준 안테나와의 단위 입체각 당 방사 전력 比
        . 주어진 방향으로  안테나의 단위 입체각 당 방사 전력과 이와 동일 전력을 사용하
          여 등방성 안테나 또는 반파장 다이폴 안테나의 단위 입체각 당 방사 전력과의 비

  ㅇ 안테나 이득의 표현식
     - G = P / Pref
         = (단위 입체각 당 해당 안테나의 방사 전력) / (단위 입체각 당 기준 안테나의 방사 전력)

  ※ 참고로, 안테나에서 송신 및 수신 안테나 이득은 같음 (가역성 소자)


5. 안테나 이득의 종류

  ※ 안테나 이득의 구분은, 
     - 기준 안테나가 무엇인가에 따라 절대 이득(Gh)과 상대 이득(Ga)으로 구분

  ㅇ 절대 이득 (Gh)                                             ☞ E.I.R.P 참조
     - 기준 안테나   : 이론적으로 만 가능한 등방성 안테나(Isotropic Antenna)
        . (등방성 안테나 : 상하좌우 사방으로 전력이 똑같이 나오는 안테나)
     - 절대이득 단위 : dBi (i = Isotropic)                   (대부분, 1 GHz 이상ㅔ서 사용)
        . 만일, 0 dBi 이면, 등방성 안테나와 동일한 방사 전력(방사 패턴)을 갖음을 의미

  ㅇ 상대 이득 (Ga)                                               ☞ E.R.P 참조
     - 기준 안테나   : 무손실 λ/2 안테나(Half-wave Dipole Antenna)
        . (λ/2 안테나 : 단일 수평면 상에서 똑같은 전력이 나오는 안테나)
     - 상대이득 단위 : dBd (d = Dipole)                      (대부분, 1 GHz 이하에서 사용)

  ㅇ 양자간의 관계 
       
     - `0 dBd (다이폴안테나 기준)` = `2.15 dBi (등방성안테나 기준)` = `단위 이득(Unity Gain)`
        . 상대이득 (dBd) = 절대이득 (dBi) + 2.15 dB


6. 안테나 이득의 관계식 

  ㅇ `안테나 복사 전력`과 `송신기 출력, 안테나 이득` 간의 관계
      -   P =  Pt × Gt  [W] = 10 [ log Gt + log Pt ]  [dB]
         . ( P : 안테나복사전력,  Pt : 송신기 출력,  Gt : 안테나이득)
         . 즉, 송신기 안테나 가용 출력 중 안테나 이득 범위 만큼이 실제 방사됨

  ㅇ `안테나 이득`과 `실효적인 면적(실효개구면적), 파장` 간의 관계  
     -   Ge = (4π/λ2)Ae
        . 즉, 안테나 이득 Ge은,
           .. 실효개구면적 Ae이 클수록, 
           .. 짧은 파장 λ(높은 주파수)일수록 커짐
        . 쉽게, 전기적 크기가 클수록, 동작 주파수가 높을수록, 고 이득 안테나 구현이 가능