무선시스템 구성

안테나의 종류와 각 특성에 대하여

안테나는 전기신호를 전자기파로 또 전자기파를 전기신호로 바꿔주는 에너지 변환 장치이다. 안테나는 무지향성인지 지향성인지, 패시브 타입인지 액티브 타입인지에 따라 분류를 나눌 수 있다.

 

먼저 무지향성 특성의 안테나를 보면 1/4파장의 모노폴 타입과 1/2파장의 다이폴 타입이 있다.

1/4파장의 모노폴 타입은 좁은 대역에 적절하며 접지면이 필수적이다. 따라서 장치에 장착하거나 렉에 장착해서 사용할 수 있고 독립적으로도 사용 가능하다. 이런 무지향성 특성의 안테나들은 수직편파 특성을 띄기 때문에 안테나 축과 수직인 평면에서 균일한 감도를 얻을 수 있고 2.14dBi 만큼의 이득을 얻을 수 있다.

 

다음으로 지향성 특성의 안테나는 대수 주기 안테나, 헬리 켈 안테나, 패치 안테나가 있다.

대수 주기 안테나는 멀티 다이폴로 구성되어 전체적인 지향 패턴이 카디오이드 형태를 띈다. 주로 멀리 있는 거리를 커버 할 때 사용된다.

헬리 켈 안테나는 접지면이 위로 감긴 나선 형태이며 지향 패턴이 원형으로 나가기 때문에 수직, 수평 편파가 거의 동일하여 무선 인이어 시스템에 사용하기 좋다.

패치 안테나는 바운더리 형태로 반지향성을 띄고 있으며 건물 외벽에 매설하여 설치할 때 사용하는 안테나이다. 지향성 안테나도 축 방향에 따라 향상된 감도를 얻을 수 있는데 최대 12dBi의 이득을 얻을 수 있다.

 

다음으로 액티브 안테나는 안테나 분배기 또는 전원 공급기를 통해 전원을 공급받으며 증폭회로가 내장되어 있어 RF케이블 길이를 길게 썼을 때 손실되는 신호를 증폭회로가 보상 시켜준다. 그렇지만 이 액티브 지향성 안테나는 무선 인이어 시스템에서는 사용할 수 없다. 그 이유는 액티브 증폭 회로가 방향성이 있고 무선 인이어는 별도로 증폭이 불가능하기 때문이다.

 

 

멀티패스 현상

멀티패스 현상이란 송신기에서 나온 전파가 수신기로 오는 데 여러 경로로 오는 현상을 말한다. 송신기에서 수신기로 직접 전해지는 직접파가 있고 현장의 여러 장애물들로 인해 반사되어 돌아오는 여러 경로의 반사파들이 같이 오게 되는데 이를 멀티패스 현상이라고 한다. 여러 경로에서 같이 들어오는 이 신호들은 직접파와 같은 위상으로 올 경우 신호가 증폭이 되는 도움을 줄 수 있지만 위상이 다르게 수신기로 전해질 경우 신호 간섭, 위상 변화를 일으켜 도움이 되지 못하고 오히려 신호를 감쇄시킨다. 

 

멀티패스 현상을 대처하는 기술

멀티패스 현상을 해결하기 위해 다이버시티 기술을 사용한다. 다이버시티란 두 개 이상의 안테나 신호 중 강한 신호를 선택하여 수신하는 장치이다. 이렇게 멀티패스 현상으로 오는 신호를 다이버시티로 받아 두 안테나 중에서 더 좋은 신호를 선택하여 사용할 수 있다.

다이버시티 기술을 사용하기 위해서는 몇 가지 조건들이 지켜져야 하는데 먼저 두 안테나가 한 공간에 있어야 하며 두 안테나 간의 거리를 주파수 파장에 맞춰 띄워놔야 한다. 두 안테나간의 길이는 최소 간격이 파장 길이의 1/4 이상이 되고 최적 간격이 1/2파장~1파장이 된다. 900MHz 기준으로 봤을 때 최소 간격은 8.3cm가 되고 최적간격은 16.5cm~33cm가 되는 셈이다. 두 안테나의 내각도 편파의 영향 때문에 90도를 유지해야 수신율이 좋아진다. 마지막으로 안테나는 수직 방향에서의 수신율이 가장 높기 때문에 송신기와 평행하게 마주 볼 수 있도록 위치를 잡아주는 것이 중요하다. 

 

 

IMD

IMD(Inter Modulation Distortion)의 약자로 두 개 이상의 송신기에서 혼변조 왜곡에 의해 발생하는 원치 않는 주파수를 뜻하며 기생 주파수 또는 상호변조 왜곡이라고도 말한다. IMD를 구하는 공식은 두 개의 송신기가 있을 때 (큰 주파수) x 2 - (작은주파수) = (IMD) 이다. 이 계산에 의해 IMD가 2차~5차까지 생기게 된다. 

 

IMD로 인해 발생하는 문제

IMD의 주파수 대역은 송신기의 전원을 켜지 않더라도 주파수가 타고 들어가 신호가 잡히기 때문에 사용에 혼란을 주어 IMD를 피해서 내가 사용할 수 있는 주파수를 확인하기 위해 IMD 계산이 필요하다. 2차~5차까지 생긴 IMD들끼리 간의 또 다른 IMD가 또 생기기 때문에 사용자가 직접 계산하는 것에는 무리가 있다. 그렇기 때문에 제조사에서 사용자의 편의를 위해 프리셋을 설정해두었는데 사용자는 제조사가 정한 프리셋 안에서 사용하는 것이 안전하다. 프리셋을 사용할 때는 같은 그룹 내에서 채널 번호를 서로 다르게 하여 사용하는 것이 바람직하다. 이때는 같은 시리즈, 같은 제조사 마이크로 사용해야 프리셋이 올바르게 적용된다. 또한, SHURE의 Wireless Workbench 소프트웨어를 활용해 정확한 IMD 값을 구할 수도 있다.

 

SHURE의 Wireless Workbench 소프트웨어의 활용

무선주파수는 우리 눈에 보이지 않기 때문에 눈으로 직접 보며 사용하기 위해 소프트웨어를 활용한다. 이때 활용되는 소프트웨어는 SHURE의 Wireless Workbench이다. 이 소프트웨어를 활용해 우리는 무선 시스템 사용의 문제를 파악하고, 사용 무선 주파수 대역을 정리하여 볼 수 있고, 현재 사용 중인 무선주파수를 모니터링하며 녹화를 통해 데이터를 취득할 수 있다.

 

먼저 이 소프트웨어를 활용하여 무선 시스템 사용의 문제를 파악이 필요한 이유는 무선 시스템의 보편화로 노래방, 교회 등 무선 시스템을 사용하는 곳이 많아지면서 내가 사용할 곳 주변에서 어떤 주파수대역을 사용하고 있고 그로 인해 발생되는 IMD들을 파악해 이 대역을 피해서 내가 사용할 수 있는 주파수 대역을 스캔하는 것이 중요하기 때문이다.

 

다음으로 현장에서는 마이크, 인이어 그 뿐만 아니라 인터컴 등 다른 무선 시스템을 많이 사용하기도 하고 LED 전광판도 무선주파수에 영향을 줄 수 있기 때문에 소프트웨어를 활용해 현장의 주파수 상황을 정확히 스캔하고 내가 사용할 수 있는 대역을 정확하게 볼 수 있다. IMD 계산은 내가 직접 계산해서 볼 수도 있지만 소프트웨어를 활용하면 좀 더 편하고 정확한 IMD를 쉽게 구할 수 있다 마지막으로 무선 시스템이 설치되어 있는 곳과 내가 있어야 하는 컨트롤 룸이 다른 곳에 있을 수도 있고, 굉장히 많은 채널의 무선시스템을 사용할 경우 직접 기기를 보면서 모니터링하는 것이 어렵기 때문에 랜선으로 장비와 PC를 연결하거나 와이파이 신호로 PC와 연결하여 소프트웨어를 연결해 PC화면으로 전체 무선 시스템의 연결 상태, 배터리 상태, 안테나 수신 상태 등을 확인할 수 있으며 알림 설정을 토앻 내가 화면을 보고 있지 않더라도 배터리가 떨어지거나 수신이 떨어질 때 알림을 통해 빠른 대처를 할 수 있게 도와준다.