파라볼라 안테나 문서 원본 보기

{{위키데이터 속성 추적}}
[[파일:Erdfunkstelle Raisting 2.jpg|250px|섬네일|[[독일]] [[바이에른주]] 라이스팅에 있는 [[위성 통신]]을 위한 파라볼라 안테나]]

'''파라볼라 안테나'''({{llang|en|parabolic antenna}})는 [[포물선 반사]]를 이용한 [[안테나]]이다. [[포물선]] 회전체의 단면을 반사판으로 삼아 수집한 전파를 초점에 모을 수 있도록 설계되어 있다. 보통 [[접시]]와 닮은 모양새를 하고 있어서 '''접시 안테나'''라고도 한다. 지향성이 커서 [[위성 통신]]과 같은 [[초고주파]] 대역의 [[전파]]를 사용하는데 주로 쓰인다.<ref name="ARRL1">{{서적 인용
  | last = Straw
  | first = R. Dean, Ed.
  | authorlink =
  | title = The ARRL Antenna Book, 19th Ed.
  | publisher = American Radio Relay League
  | year = 2000
  | location = USA
  | pages = 19.15
  | url =
  | doi =
  | isbn = 0-87259-817-9}}</ref><ref name="Stutzman">{{서적 인용
  | last = Stutzman
  | first = Warren L.
  |author2=Gary A. Thiele
  | title = Antenna Theory and Design, 3rd Ed.
  | publisher = John Wiley & Sons
  | date = 2012
  | location = US
  | pages = 391?392
  | url = https://books.google.com/books?id=xhZRA1K57wIC&pg=PA838&lpg=PA838&dq=%22partial+gain%22+antenna
  | doi = 
  | id = 
  | isbn = 0470576642}}</ref>
지향성이 큰 반면에 전파 수집 영역(화각)이 좁고 반사판의 크기가 최소한 이용하고자 하는 전파의 [[파장]]보다 커야 한다.<ref name="Stutzman" />

파라볼라 안테나는 [[지향성 안테나]]로서 점대점 통신에 주로 쓰인다. 사용하는 서비스로는 도시 사이 방송 통신 신호의 [[마이크로웨이브 전송]], [[무선 네트워크]]를 위한 데이터 전송, 위성 통신 등이 있다. [[전파망원경]]에도 활용된다.

또 다른 예로는 [[레이다]]를 들 수 있다. 레이다는 직진성이 강한 협대역 전파를 발사하고, 이 전파가 목표에 부딪혀 반사되는 신호를 수집하여 목표물을 추적한다.<ref name="Stutzman" /> [[위성 방송]] 역시 수신기에 파라볼라 안테나를 사용한다.<ref name="Stutzman" />

1887년 독일의 물리학자 [[하인리히 헤르츠]]가 파라볼라 안테나를 고안하였다. 그는 전파 실험을 위해 포물체 반사면 가운데 송수신용 겸용의 [[쌍극 안테나]]를 넣는 방식의 안테나를 사용하였다.

[[파일:Parabola with focus and arbitrary line.svg|섬네일|upright=1.3|파라볼라 안테나는 [[포물체 반사]] 원리를 이용한다. [[포물선]]의 법선에 수직하여 들어오는 [[전자기파]]의 반사는 포물선의 초점에 모이게 된다. 이러한 포물체 반사를 이용하는 다른
사례로는 [[손전등]], [[반사망원경]]과 같은 것들이 있다.]]

== 디자인 ==
[[파일:Screen dish antenna.jpg|섬네일|2.5-2.7 GHz 주파수 대역의 [[다채널 다분배 서비스]](Multichannel Multipoint Distribution Service, MMDS)에서 사용되는 격자형 파라볼라 안테나. [[편광|편광화]]된 신호만을 반사하여 초점의 쌍극 안테나에 전달한다.]]
[[파일:Parabolic antenna types2.svg|섬네일|반사에 따른 파라볼라 안테나의 종류]]

파라볼라 안테나의 원리는 접시 모양의 반사면에 의해 반사된 전파가 앞면의 [[초점 (광학)|초점]]에 모이도록하여 수신 전파의 강도를 높이는 것이다. 이렇게 초점에 모여 강도가 높아진 전파는 [[비저항|전기 비저항]]을 낮추도록 [[임피던스]] 정합이 되어 있는 안테나를 통해 전기 신호로 변환되어 유선으로 전송된다.<ref group="주해">통신용 신호의 종단 임피던스는 50 [[옴 (단위)|]]이고 방송용은 75 옴이다. - 자재복, [http://www.ktword.co.kr/abbr_view.php?m_temp1=3437 임피던스 정합], 정보통신기술용어 해설, KT</ref>

파라볼라 안테나는 일반적으로 전파를 반사하여 초점에 모으는 [[포물반사면]]과  이를 수집하여 전송하는 피드 안테나로 이루어진다.<ref name="Stutzman" /> 포물반사면은 [[포물체]]의 일부를 이용하는데 대개 가장자리가 원이 되도록 제작한다.<ref name="Stutzman" />  전송용인 경우엔 초점의 자리에 전기 신호를 전파로 바꾸어 송출하는 [[송신기]]를 둔다.

=== 종류 ===
포물면 반사는 포물면 전체에서 일어나 어느 구간에서든 전파를 초점으로 보낸다. 따라서 반사면이 포물선의 꼭짓점을 반드시 포함할 필요는 없다.

* 동축 반사형(Axial 또는 Front feed): 포물선의 꼭지점이 반사면의 정 가운데 놓이는 방식이다. 이 방식은 설계가 쉽다는 장점이 있지만, 피드 안테나와 지지대가 반사면의 일부를 가리게 되는 단점이 있다.<ref name="Lehparmer">Lehpamer, Harvey (2010). Microwave transmission networks: Planning, Design, and Deployment. USA: McGraw Hill Professional. pp. 268–272. {{ISBN|0-07-170122-2}}.</ref>

* 오프셋형 (Off-axis 또는 Offset Feed): 포물선의 꼭지점을 벗어난 구간으로 반사면을 만드는 방식이다. 초점이 반사면을 벗어나 잡히게 되므로 반사면 전체를 이용할 수 있다. 대신 반사면을 설치할 때 전파원의 방향에 대한 주의가 필요하다.<ref>[http://www.qsl.net/n1bwt/chap5.pdf Offset-fed Parabolic Dish Antennas] by Paul Wade</ref>

* [[카스그랭 안테나|카세그레인 안테나]]: 포물면의 초점에 이중으로 반사경을 달고 피드 안테나는 반사면 쪽에 부착하는 방식이다. 전파망원경과 같이 거대한 파라볼라 안테나에 쓰인다.<ref>Makino, Shigero (2006). [http://ap-s.ei.tuat.ac.jp/isapx/2006/pdf/1D2a-1.pdf "Historical review of reflector antenna systems developed for satellite communication by MELCO"] {{웹아카이브|url=https://web.archive.org/web/20120425013716/http://ap-s.ei.tuat.ac.jp/isapx/2006/pdf/1D2a-1.pdf}} (PDF). ISAP2006-International Symposium on Antennas and Propagation. Mitsubishi Electric Corp. Retrieved 2011-12-24. on ISAP website</ref>

* 그레고리언 안테나: 카세그레인과 유사하나 초점의 반사면을 [[타원면]]으로 만들어 안테나 효율을 더 올렸다. 카세그레인의 수신 효율이 60 - 70%인데 반해 그레고리언 안테나는 그 이상이다.<ref name="Lehparmer" />

포물반사면이 이물질에 오염되거나 눈,비와 같은 환경으로부터 손상되는 것을 막기 위해 덮개를 씌우는 경우도 많다. 덮개의 재질에 따라 안테나 효율은 -10 dB까지 떨어질 수 있다.<ref name="Lehparmer" />

=== 포물반사면 ===
[[포물반사면]]은 이용 주파수 대역의 전파의 반사율이 높은 금속으로 만드는데, 보통 "접시" 모양이지만  스크린, 격자 등 다른 형태로 만들기도 한다. 반사면의 모양에 따라 전파의 진행 모양이 달라지게 된다. 반사면의 크기는 최소한 이용 주파수의 파장보다 커야한다.<ref group="주해">전파의 파장은 주파수가 올라갈수록 짧아진다. [[빛]]을 포함한 전자기파의 이동 속도는 모두 같기 때문에 파장방정식 <math> c = \lambda \cdot f </math>(c = 빛의 진행 속도, Λ= 파장, f = 주파수)에 따라 파장의 길이는 <math> \lambda = c / f</math>가 되어 주파수와 파장의 길이는 반비례 관계에 놓인다. 예를 들어 2GHz의 파장은 다음과 같이 계산하여 15 cm 임을 알 수 있다. <br /> <math>\lambda= c / f = 3 \cdot 10^8 m/s / 2 \cdot 10^9 Hz = 0.15 m = 15 cm</math> <br /> - [http://ocw.dongyang.ac.kr/cms_ocw/inforelectron/813/note/5_01_1.pdf 통신 이론의 기본 사항 ]{{깨진 링크|url=http://ocw.dongyang.ac.kr/cms_ocw/inforelectron/813/note/5_01_1.pdf }}</ref> 반사면이 커지면 더 많은 전파를 한 데 모을 수 있어 신호 수신에 유리하지만, 제작 비용 역시 커지게 되므로 용도에 따라 반사면의 크기를 적절히 사용하게 된다. 가정용 위성 방송 수신 안테나는 45 - 55 cm 정도의 반사면이 쓰인다.<ref>[http://www.sekisat.com/board/index.php?path=board_view&no=4628&tbl=board_service&page=30 위성안테나크기] {{웹아카이브|url=https://web.archive.org/web/20220404192416/http://www.sekisat.com/board/index.php?path=board_view&no=4628&tbl=board_service&page=30}}, Vision TV</ref> 반면에 먼 우주에서 오는 전파를 수신하는 [[전파망원경]]은 매우 큰 반사면을 갖는다. [[아레시보 천문대]]의 전파망원경 반사면 지름은 305 [[미터|m]]에 달한다.<ref>David Brand (21 January 2003). [http://www.news.cornell.edu/releases/Jan03/NAIC.director.deb.html "Astrophysicist Robert Brown, leader in telescope development, named to head NAIC and its main facility, Arecibo Observatory"]. Cornell University. Retrieved 2008-09-02.</ref>

===피드 안테나===
피드 안테나는 보통 쌍극 안테나나 [[피드 혼]]을 사용한다. 보다 복잡한 것으로는 초점 자리에 반사경을 달고 피드 안테나를 반사면 쪽으로 부착시키는 [[카스그랭 안테나]]가 있다. 피드 안테나는 [[동축 케이블]]로 이루어진 전송선이나 [[도파관]]에 연결되어 신호를 전달한다.

{{여러 그림
|머리말 = '''접시형 파라볼라 안테나'''
|정렬 = center
|그림1 = Parabolic antennas on a telecommunications tower on Willans Hill.jpg
|크기1 = 168
|설명1 = 오스트레일리아 기지국 통신탑에 설치된 덮개 달린 접시형 파라볼라 안테나
|그림2 = SuperDISH121.jpg
|크기2 = 96
|설명2 = 위성 텔레비전을 위한 오프셋 파라볼라 안테나
|그림3 = Antenna 03.JPG
|크기3 = 84
|설명3 = 스웨덴의 카스그랭 위성 통신 안테나
|그림4 = ATA-gregorian.jpg
|크기4 = 160
|설명4 = 미국 [[앨런 망원경 집합체]]에 있는 [[전파망원경]]. 오프셋 그레고리 안테나이다.
}}

{{여러 그림
|정렬 = center
|머리말 = '''격자형 파라볼라 안테나'''
|그림1 = Mps-16-1.jpg
|크기1 = 108
|설명1 = 독일의 군사용 고고도 안테나
|그림2 =  Deister-radar.jpg
|크기2 = 105
|설명2 = 독일 하노버 인근의 항공 교통 통제용 레이다 안테나
|그림3 = ASR-9 Radar Antenna.jpg
|크기3 = 180
|설명3 = ASR-9 공항 관제 레이다 안테나
|그림4 = Antenna_radar_L-band_TAR_Finland.JPG
|크기4 = 105
|설명4 = 핀란드의 공중 경계 안테나
}}

== 역사 ==
[[파일:Hertz spark gap transmitter and parabolic antenna.png|섬네일|1888년 하인리히 헤르츠가 제작한 최초의 파라볼라 안테나]]

포물반사면을 사용한 [[광학]] [[망원경]]은 이미 15세기부터 제작되고 있었다. [[반사망원경]]은 카세그레인 안테나와 비슷한 이중 반사 구조를 가지고 있다.<ref name="Olver">{{서적 인용
  | last = Olver
  | first = A. David
  | authorlink =
  | title = Microwave horns and feeds
  | publisher = IET
  | year = 1994
  | location = USA
  | pages = 3
  | url = https://books.google.com/books?id=soJiuUwevRIC&pg=PA9&dq=how+horns+work+impedance&hl=en&ei=-V7DTpyxEILJiQKS_InyCw&sa=X&oi=book_result&ct=result&resnum=2&sqi=2&ved=0CDIQ6AEwAQ#v=onepage&q=how%20horns%20work%20impedance&f=false
  | doi =
  | id =
  | isbn = 0-7803-1115-9}}</ref><ref name="Stutzman" />

독일의 물리학자 [[하인리히 헤르츠]]는 1888년 포물반사판을 부착한 최초의 파라볼라 안테나를 제작하였다.<ref name="Stutzman" /> 헤르츠의 안테나는 반사망원경과 같이 원통형으로 제작되었고 초점의 피드 안테나로는 쌍극 안테나가 쓰였다. 크기는 높이 2 미터, 폭 1.2 미터였고, 초점 거리는 0.12 미터였다. 헤르츠는 450 MHz 주파수를 사용하였다. 헤르츠는 이 기구를 사용하여 22년 전 [[제임스 클러크 맥스웰]]이 예언하였던 [[전자기파]] 복사를 입증하였다.<ref>{{웹 인용|url=http://ntrs.nasa.gov/archive/nasa/casi.ntrs.nasa.gov/19900009937_1990009937.pdf |title=Large Space Antenna Concepts for ESGP |accessdate=2009-07-31 |last=Love |first=Allan W. |format=PDF |publisher=Rockwell International }}</ref>  그러나 초기의 전자기파 이용은 낮은 주파수 대역에서만 이루어졌기 때문에 파라볼릭 안테나 보다는 쌍극 안테나나 [[야기 안테나]]와 같은 형태의 것들이 더 유용하였다.

1930년대에 들어 이탈리아의 라디오 기술 선구자 [[굴리엘모 마르코니]]가 [[UHF]] 대역을 사용하한 무선 통신 실험을 위해 실용성 있는 파라볼라 안테나를 제작하였다.<ref name="Olver" />  1931년에는 [[마이크로파 전송]]을 이용하여 [[영국 해협]]을 사이에 둔 무선 통신이 시연되었다. 이 실험을 위해 지름 3 미터의 파라볼라 안테나가 쓰였다.<ref name="Olver" />  1937년 [[그로트 레버]]가 자신의 집 뒷마당에 지름 9 미터의 파라볼라 안테나를 세워 [[전파망원경]]을 만들었다. 이는 포물반사면을 이용한 최초의 전파망원경이었다.<ref name="Stutzman" /> 이로서 레버는 [[전파천문학]]의 창립자가 되었다.<ref name="Olver" />

[[제2차 세계대전]] 동안 군사용 [[레이다]]의 개발이 필요해지자 다양한 지향성 파라볼라 안테나가 개발되었다.<ref name="Olver" />  전쟁 후에는 거대 전파 망원경들이 제작되기 시작하였다. 대표적으로 1962년 미국 웨스트버지니아 주에 세워진 지름 100 미터의 [[그린뱅크 망원경]]과 같은 것이 있다.<ref>Frayer, David. [https://science.nrao.edu/science/meetings/2014/223rd-aas-splinter-session/gbt "Proposing for the GBT"]. The National Radio Astronomy Observatory. Retrieved 1 November 2016.</ref>

1960년대에 들어 파라볼라 안테나는 방송 통신 각 영역에서 매우 넓게 사용되기 시작하였다.<ref name="Olver" />  1962년 영국의 [[콘월주]]에 설치된 [[군힐리 위성지구국]]에는 최초의 위성 통신용 파라볼라 안테나가 설치되었다. 1963년 일본의 [[일본전신전화]], [[KDDI]], [[미쓰비시 전기]]가 협력하여 최초의 카스그랭 안테나를 개발하였다.<ref name="Makino">{{콘퍼런스 인용
  | first = Shigero
  | last = Makino
  | authorlink = 
  | title = Historical review of reflector antenna systems developed for satellite communication by MELCO
  | booktitle = ISAP2006-International Symposium on Antennas and Propagation
  | pages = 
  | publisher = Mitsubishi Electric Corp.
  | date = 2006
  | location = 
  | url = http://ap-s.ei.tuat.ac.jp/isapx/2006/pdf/1D2a-1.pdf
  | doi = 
  | id = 
  | accessdate = 2011-12-24
  | archive-date = 2012-04-25
  | archive-url = https://web.archive.org/web/20120425013716/http://ap-s.ei.tuat.ac.jp/isapx/2006/pdf/1D2a-1.pdf
  | url-status = 
  }} on ISAP website</ref>  1970년대에 들어 컴퓨터 공학이 발달하면서 [[계산용 전자파 코드]](Numerical Electromagnetics Code, NEC)가 개발되어 파라볼라 안테나의 설계에 많은 진전을 가져다 주었다.<ref>[http://www.qsl.net/4nec2/Tutorial_4NEC2_english.pdf Simulation of Wire Antennas using 4NEC2</ref>

== 이득 ==
[[파일:Arecibo Observatory Aerial View.jpg|섬네일|upright=1.5|[[아레시보 천문대]] 전파망원경. 지름 305 m로 세계에서 두 번째로 큰 "접시"이다. 안테나 이득은 2.38 GHz에서 70 dBi로 자연상태의 전파 대비 천만배의 증폭 효과가 있다.<ref>{{서적 인용
  | last = Drentea
  | first = Cornell
  | authorlink =
  | title = Modern Communications Receiver Design and Technology
  | publisher = Artech House
  | year = 2010
  | location = USA
  | pages = 369
  | url = https://books.google.com/books?id=9juUwbKP-58C&pg=PA369&dq=Arecibo+observatory+%22radio+telescope%22+gain#v=onepage&q=Arecibo%20observatory%20%22radio%20telescope%22%20gain&f=false
  | doi =
  | isbn = 1-59693-309-7}}</ref>  이 안테나는 계곡 지형을 깍아서 만들었기 때문에 움직이지는 않는다. 따라서 지구 자전에 따라 포착되는 범위를 관측한다.]]

안테나의 이득은 [[등방적 복사체]]로부터 전송되는 신호를 수집하여 증폭하는 정도를 나타내는 단위로 보통 dBi 로 표현한다.<ref name="Anderson">{{서적 인용
  | last = Anderson
  | first = Harry R.
  | authorlink =
  | title = Fixed broadband wireless system design
  | publisher = John Wiley & Sons
  | year = 2003
  | location = USA
  | pages = 206?207
  | url = https://books.google.com/books?id=r-o3SmNsvD8C&pg=PA205&dq=parabolic+antenna+design#v=onepage&q=parabolic%20antenna%20design&f=false
  | doi =
  | isbn = 0-470-84438-8}}</ref>

:<math>G = \frac{4 \pi A}{\lambda^2}e_A = \left(\frac{\pi d}{\lambda}\right)^2 e_A</math>

* <math>A </math>: 반사면 구경의 넓이, 둘레가 원형으로 된 포물반사면이라면 그 둘레가 만드는 원의 넓이가 된다.
* <math>d</math>: 포물반사면의 지름
* <math>\lambda</math>: 전파의 파장
* <math>e_A</math>: 0에서 1 사이의 값을 갖는 무차원 인자, "안테나 유효 구경"이라고 한다. 파라볼라 안테나의 e_A 값은 0.55에서 0.70 사이이다.

위 식에서 나타난 바와 같이 안테나의 구경이 전파의 파장보다 크면 안테나는 원 신호보다 증폭된 이득을 갖게 되며, 구경이 클 수록 이득도 크다. 전파천문학의 일반적 주파수인 1.42 GHz의 파장은 21 cm로 25 m 구경의 파라볼라 안테나를 사용하면 약 50 dBi (10 만배)의 이득을 기대할 수 있다.<ref group="주해"> [[데시벨|dB]]는 상용로그를 사용한 무차원 단위이다. 10 dB 가 10 배가 되도록 <math>L_B = 10 \log_{10}\frac{B}{A}[dB]</math> 와 같이 정의되어 있다. 여기서 A는 원신호, B는 증폭된 신호이다. 따라서 dB 단위는 10 이 커질 때마다 10 배가 커진다. 20 dB는 100 배, 30 dB는 1000 배를 의미한다. 전자 신호의 증폭 계산에서 곱셈을 덧셈으로 치환하여 계산할 수 있어 사용하기 편리하기 때문에 통신 방송 분야에서 흔히 쓰인다.</ref>

== 같이 보기 ==
* [[전파망원경]]
* [[위성 방송]]
* [[위성 통신]]

== 각주 ==
* '''내용주'''
<references group="주해" />

* '''참조주'''
{{각주|2}}

== 외부 링크 ==
{{위키공용분류}}
* [http://urbanwireless.info/antennas/dish-with-biquad-feed WiFi: Parabolic Dish with BiQuad feeder] {{웹아카이브|url=https://web.archive.org/web/20200928012548/http://urbanwireless.info/antennas/dish-with-biquad-feed}}
* [http://www.sat-direction.com/ Online Satellite Finder Based on Google Maps]
* [http://www.freeantennas.com/projects/template2/index.html Antenna types: Parabolic Antenna for WiFi]
* Online pointing utility using google maps, and each satellite channel list: http://www.dishpointer.com/
* [https://www.youtube.com/watch?v=785kRIZ7aeI Animation of Propagation from a Parabolic Dish Antenna] from YouTube
* [http://www.radio-electronics.com/info/antennas/parabolic/parabolic_reflector.php Parabolic reflector antenna tutorial] Theory and practice
* [https://archive.today/20140320212816/http://xformulas.net/applets/parabolic_antenna.html Applet of gain of parabolic antenna.]

{{전거 통제}}

[[분류:안테나]]