안테나 어레이 & 빔포밍
여러 개의 안테나를 조합하여 원하는 방향으로 전파를 집중시키는 기술입니다.
5G/6G 통신의 핵심인 Beamforming의 원리를 직접 시뮬레이션해보세요.
어레이 성능 분석
* 위 시뮬레이터는 선형 배열(Linear Array)의 Array Factor를 보여줍니다. 개별 안테나는 등방성(Isotropic)으로 가정합니다.
📚 핵심 원리: 위상차를 이용한 조향
빔포밍 (Beamforming)
각 안테나에 급전되는 신호의 위상(Phase)을 조절하면, 특정 방향에서는 파동이 보강 간섭(Constructive Interference)을 일으키고, 다른 방향에서는 상쇄 간섭(Destructive Interference)을 일으킵니다. 이를 통해 안테나를 물리적으로 회전시키지 않고도 전자적으로 빔의 방향을 바꿀 수 있습니다.
어레이 팩터 (Array Factor)
전체 방사 패턴은 (개별 안테나 패턴) × (Array Factor)로 결정됩니다. N개의 소자가 간격 d로 배치될 때, 조향 각도 θ₀를 위한 위상차 β는 다음과 같습니다:
⚠️ 주의해야 할 현상들
Grating Lobes (그레이팅 로브)
안테나 간격 d가 파장(λ)의 절반보다 크면(d > 0.5λ), 원하지 않는 방향으로 주 빔과 같은 크기의 강한 빔이 생깁니다. 이는 에너지를 낭비하고 간섭을 유발합니다.
해결책: d ≤ λ/2 로 설계합니다.
Side Lobes (부엽)
주 빔 주변에 생기는 작은 빔들입니다. 모든 소자에 같은 전력을 주면(Uniform), 첫 번째 부엽은 주 빔보다 약 -13.5dB 낮습니다. 레이더나 보안 통신에서는 이를 더 낮춰야 합니다.
Windowing (테이퍼링)
가장자리 안테나의 전력을 줄이면(예: Hamming, Binomial), 빔폭은 약간 넓어지지만 부엽(Side Lobe)을 획기적으로 줄일 수 있습니다. 시뮬레이터에서 'Window 함수'를 바꿔보세요.
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