안테나 간섭과 안테나 아이솔레이션
최신 무선 기기는 서로 다른 주파수를 사용하는 여러 통신 기술을 함께 적용하는 추세입니다. 무선 기술의 발전에 따라 스마트 기기에 탑재되는 안테나의 수도 급증하고 있습니다. 하나의 기기에 안테나가 밀집되면 수신 신호 세기가 과도해지거나 수신 신호 품질이 저하될 수 있습니다. 예를 들어 홈 보안 컨트롤 박스나 스마트폰에는 여러 개의 송신 및 수신 안테나가 들어 있습니다. 그러나 안테나 간 이격이 부족하면 간섭 문제가 발생합니다. 간섭 문제는 안테나 아이솔레이션 설계를 통해 최소화할 수 있습니다.
무선 기능을 갖춘 기기의 소형화 추세로 인해 안테나 간 밀결합(tight coupling)이 초래하는 문제는 더욱 심각해지고 있습니다. 일부 기기에서는 서로 다른 안테나가 중첩된 대역폭에서 동작할 수 있습니다. 이러한 시스템에서는 송신 전력이 수신 신호에 간섭을 일으킬 가능성이 높으며, 이는 데이터 손실, 신호 열화 또는 회로 부품 고장의 원인이 됩니다. 스마트폰에서 셀룰러 LTE, GPS/GNSS, Wi-Fi/BT 안테나가 동시에 동작하는 경우가 그 예입니다. 이러한 이유로 해당 기기에는 안테나 아이솔레이션을 반드시 반영해야 합니다. S-파라미터인 S21과 S12는 포트 1이 포트 2에 미치는 영향과 그 반대의 영향을 나타내며, 안테나 간 삽입 손실과 아이솔레이션을 결정합니다. 안테나 아이솔레이션 측정은 전문 RF 장비를 사용하여 수행합니다. 안테나 아이솔레이션 측정값이 클수록 안테나 간 분리가 양호하며 간섭 문제가 적다는 것을 의미합니다.
하나의 기기에 여러 안테나가 내장되는 경우가 많습니다. 안테나 간 이격이 부족하면 직접 방사, 인클로저 공진, 도파관 모드 여기, 잡음 결합 등의 형태로 다양한 간섭이 발생합니다. 충분한 안테나 이격을 확보하면 다음과 같은 문제를 완화하는 데 도움이 됩니다:
| A. 송신기 잡음 | 고밀도 통신은 송신기에서 측파대(sideband)라고 하는 광대역 RF 잡음을 발생시킵니다. 여진기(exciter) 단에서 발생한 측파대는 출력단에 도달할 때까지 이후 단계에서 계속 증폭됩니다. 송신기의 잡음 레벨은 변조 방식에 따라서도 악화될 수 있습니다. |
|---|---|
| B. 수신기 감도 저하 | 수신기 감도 저하(desensitization)는 수신기가 대역 외 주파수 신호로 인해 과부하될 때 발생합니다. 신호 세기가 지나치게 커서 수신기가 정상적으로 기능하지 못하게 됩니다. 이러한 조건에서는 수신기가 어떤 신호에도 응답하지 않습니다. |
| C. 상호 변조 문제 | 수신기 설계에 따라 시스템의 프런트엔드가 과부하되어 상호 변조 왜곡이 발생하는 경우가 있습니다. 수신 신호가 원치 않는 간섭 신호와 혼합되어 수신기 내에 상호 변조 왜곡 성분이 생성됩니다. |
안테나 아이솔레이션은 공존하는 안테나들을 분리하여 시스템 간 간섭을 허용 가능한 수준으로만 유지하는 접근 방식입니다. 안테나는 여러 가지 방법으로 격리할 수 있습니다. 대표적인 안테나 아이솔레이션 기법은 다음과 같습니다:
| A. 물리적 이격 | 안테나를 수직 또는 수평으로 분리하여 안테나 간 물리적 거리를 늘림으로써 간섭을 방지합니다. |
|---|---|
| B. 방사 패턴 최적화 | 안테나의 피크 방사를 서로 다른 방향으로 향하게 하면 안테나 패턴 간 상관 계수를 줄일 수 있습니다. |
| C. 패턴 편파 | 안테나 편파는 일반적으로 안테나가 특정 편파의 신호를 수신하거나 송신하도록 합니다. 서로 다른 편파를 사용하면 안테나 간 간섭을 최소화할 수 있습니다. |
| D. 주파수 필터링 | 물리적 이격, 편파, 방향 조정만으로 충분하지 않은 경우 RF 필터를 적용하여 안테나 아이솔레이션을 추가로 확보할 수 있습니다. RF 필터는 원치 않는 주파수의 수신 전력을 최소화합니다. |