야기-우다(Yagi-Uda) 안테나는 방향성을 가진 지향성 안테나의 대표 형태입니다. 한 개의 급전 소자와 급전되지 않은 여러 소자를 나란히 배치해 한 방향으로 전파를 모읍니다. 이 글은 야기 안테나의 원리와 소자 구성, 간격 기준을 정리하고, 제작 전 알아둘 점을 설명합니다.

원리

야기 안테나의 급전 소자는 반파장 다이폴(또는 폴디드 다이폴)로, 급전선에 직접 연결되는 유일한 소자입니다. 주변에 있는 기생 소자(parasitic element)는 급전선과 연결되지 않습니다. 이 소자들은 급전 소자에서 나온 에너지를 받아 위상이 다른 상태로 다시 복사합니다. 한 방향에서는 파가 서로 강화되고, 반대 방향에서는 일부 상쇄되어 빔이 만들어집니다.

그림. 반사기·복사기·도파기와 지향 방향 (누르면 크게 보기)

소자의 역할

• 급전 소자: 급전선이 연결되는 유일한 소자입니다.
• 반사기(reflector): 보통 한 개를 급전 소자 뒤에 둡니다. 급전 소자보다 조금 길며, 자료는 이 소자가 유도성 리액턴스를 가진다고 설명합니다.
• 도파기(director): 빔이 나갈 방향 앞쪽에 둡니다. 조금 짧으며, 용량성 리액턴스를 가진다고 설명됩니다.

이득과 전후방비

같은 자료는 야기 안테나가 소자 수에 따라 최대 약 20 dBi 까지의 이득을 낼 수 있다고 소개합니다. 전후방비(front-to-back ratio)는 최대 약 20 dB 까지 나온다고 합니다. 다만 소자를 늘려도 이득이 계속 비례해 오르지는 않으며, 반사기를 한 개 넘게 붙이는 것은 개선 효과가 작다고 설명됩니다.

소자 간격 기준

자료에 따르면 소자 사이 간격은 설계에 따라 대략 파장의 1/10 에서 1/4 사이입니다. 간단한 설계 공식이 없어서 실제로는 반복 계산이나 모의실험으로 다듬는 경우가 많습니다.

제작 순서

1. 목표 대역과 원하는 이득, 소자 수를 정합니다. 소자가 많을수록 크고 무거워지므로 설치 환경을 먼저 고려합니다.
2. 붐(boom)과 소자 고정 방법을 정합니다. 소자와 붐이 전기적으로 연결되는 구조가 SWR 에 영향을 줄 수 있으니 설계 자료를 따르세요.
3. 급전 소자를 만들고 급전선과 임피던스 정합 방법(발룬 등)을 준비합니다.
4. 반사기와 도파기를 설계 간격에 맞게 배치한 뒤 SWR 을 측정합니다.
5. 공진점이 목표와 어긋나면 급전 소자나 도파기 길이를 조금씩 조정합니다.

주의

야기 안테나는 바람을 많이 받고, 회전을 위한 로터를 쓰는 경우 무게 한계를 넘기기 쉽습니다. 높은 곳에 설치할 때는 낙하 방지와 고정 강도를 확인하고, 전력선과 충분히 떨어뜨리세요. 방향 설정을 할 때 주변 사람과 건물을 향해 고출력 송신을 하지 않도록 주의합니다.

자주 묻는 질문

Q1. 소자를 많이 달면 항상 좋은가요?

이득은 늘지만 크기, 무게, 대역폭 감소, 조정 난이도가 함께 늘어납니다. 설치 가능한 크기와 목적에 맞춰 소자 수를 고르세요.

Q2. 반사기는 꼭 필요한가요?

자료는 반사기 한 개를 두는 구성이 일반적이라고 설명합니다. 뒤쪽 방향의 신호를 줄이는 역할을 하므로, 수신 잡음이 뒤에서 들어오는 환경에서 특히 도움이 됩니다.

출처

• 출처: Wikipedia, "Yagi-Uda antenna" (영문판, CC BY-SA) - 소자 구성, 최대 약 20 dBi, 전후방비 최대 약 20 dB, 간격 1/10~1/4 파장 - https://en.wikipedia.org/wiki/Yagi-Uda_antenna

이 글은 위 자료를 바탕으로 필자가 풀어 쓴 설명입니다. 실제 치수는 설계 도구나 측정으로 확인하세요.