UniFi - 안테나 방사선 패턴 개론¶
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Overview
이 문서는 안테나 방사선 플롯을 어떻게 이해해야 하는지, 이 플롯이 무선 배포 환경에 어떻게 영향을 주는지 서술합니다.
Table of Contents
방사선 패턴이란?
모든 무선 장비에서는, 안테나는 전력을 무선 파장으로 변환하는 중요한 기능을 수행하여 무선스펙트럼으로 데이터를 송신하거나 수신하는 역할을 수행합니다. 모든 안테나는 (해당 안테나가 간단한 쌍극이거나 다중 안테나의 배열이거나 관련 없이) 전력을 변환하여 안테나에서 구별되는 3차원의 모양으로 내뿜게 됩니다. 이 패턴은 그래프화 하여 형상화 할 수 있는데, 이 때 발견되는 패턴들을 방사선 패턴이라 칭합니다.
일반적으로, 이 그래프는 방사선 패턴의 모양을 증폭값을 측정하여 확인할 수 있습니다. 한번 혹은 여러개의 주파수를 여러 각도 (플레인 패턴이라고 알려진)에서 단면도를 확인하거나 플로팅,그래프화를 통해서 객체의 3차원 모양 측정을 통해서 확인할 수 있습니다.
Ubiquiti는 현재의 각 UniFi 엑세스 포인트 모델에서 UniFi 관리자에게 더 좋은 이해도를 제공하기 위해서 두가지 타입의 그래프 모두를 제공하고 있으며 각 운영자의 환경에 UniFi 엑세스 포인트를 어떻게 배포해야할지 계획을 세우거나 더 좋은 이해도를 돕도록 노력하고 있습니다. 이 문서는 각 UniFi 엑세스 포인트의 방사선 패턴을 다루지 않습니다. (각 모델의 방사선 패턴은 UniFi - UAP Antenna Radiation Patterns 문서를 참조허십시오.) 하지만 이후에는 어떻게 안테나 방사선 패턴을 읽고, 이해하는지에 대하여 서술합니다.
안테나 증폭이란?
안테나 방사선 패턴을 이해하는 것에 있어서 중요한 것은 어떻게 이들을 측정하는가에 대하여 아는 것입니다. 안테나 증폭은 얼마나 효율적으로 안테나가 특정 방향으로 신호를 주고 받는지를 측정합니다. 이 값은 같은 데시벨 등방성을 사용하여 정량화 하는데, 이때 dBi 값으로 정량화 합니다. 등방성 안테나는 이론적으로 모든 방향으로 동일하게 브로드캐스트를 수행합니다. 또는 다르게 표현하면 등방성 전파는 완벽한 구의 형태로 부풀어 오른 풍선이라고 할 수 있습니다.
그러므로 dBi는 안테나 증폭의 방향성과 효율성을 이론적인 안테나와 얼마나 관련 있는지를 측정합니다. 아래의 예제처럼 링의 형태를 확인한다면, 0 dBi의 빨간색 링은 같은 전력에서의 등방성 송신 안테나의 안테나 패턴을 보여줍니다.
이 예제에서 안테나는 등방성 안테나보다 0도 방향에서 10dB 더 효율적이라는 것을 보요주고 있습니다. 이 예제는 270도 방향을 제외한 모든 방향에서 더 좋은 효율성을 보여주고 있습니다. 이는 엑세스 포인트를 270도 방향으로는 모든 클라이언트가 이 안테나쪽을 향한 엑세스 포인트로는 배포하지 않아야 한다는 것을 의미합니다.
플레인 패턴: 방위각과 고도 이해하기
플레인 패턴에는 두가지 주 타입이 존재합니다: 방위각과 고도입니다. 방위각은 안테나 패턴에서 조감도의 역할을 합니다. 다시 말하자면 수평방향에서의 증폭값이 어디까지 미치는지를 나타냅니다.
Ubiquiti가 제공하는 방위각 플롯은 천장에 설치된 엑세스 포인트의 바로 아래에서의 패턴을 시각화 한 것처럼 나타냅니다. 또한 엑세스 포인트에서 수평적으로 모든 방향을 도식화 한것과 같이 확인할 수 있습니다.
다른 색으로 칠해진 링은 방위각 뷰에서 AP를 10도씩 세웠을 때 얼만큼 변경되었는지를 나타냅니다. (세타 값: 70, 80, 90도)
AP에서 얼마나 멀리 있는지를 나타내는 선들은 AP가 해당 방향으로 얼마나 증폭시킬 수 있는지를 나타내는 지표입니다. 축적 값은 dBi 값을 바깥으로 갈 수록 10, 5, 0, -5, -10 등 순으로 증가합니다.
플레인 패턴의 두번째 타입은 고도 플레인 다이어그램입니다. 고도 플레인 다이어그램은 안테나의 전파의 횡단면을 나타냅니다. 엑세스 포인트를 수평방향에서 특장 각도만큼 이동하여 조감도를 살펴보는것과 같은 효과를 나타냅니다.
대부분의 UniFi 엑세스 포인트는 천장이나 벽에 부착되도록 설계 되었으므로, 신호가 부착면의 정반대 방향으로 최적화되고 또한 U 모양을 띄도록 설계 되었습니다. 그런 이유로 Ubiquiti는 90-270 도의 고도는 제외하였습니다.
플레인 패턴 시각화
안테나 방사선 패턴을 어떻게 읽어야 할지 이해했다면, 3차원 방식으로 플롯에 시각화 하는 것은 매우 도움이 됩니다.
방위각과 수직 고도 플롯을 합한 예제의 3D 렌더링을 살펴봄으로써 이전에 이야기했던 내용들을 더 쉽게 시각화해보도록 하겠습니다:
이 예제에서는 천장에 부착된 AP를 살펴봅니다. U 방향을 기준으로 안테나 방사선 데이터를 샘플링하여 각 평면에 각각 시각화를 수행할 수 있습니다. 빨간색 평면은 방위각을, 파란색은 고도를 0부터 180까지 나타내며, 초록색은 고도 90부터 270도를 나타냅니다. 패턴과 증폭값은 축적값으로 표현되지 않았으며, 실제 배포환경에서는 표기된 모양보다 더 멀리 브로드캐스트된다는 사실을 잊지 마십시오. 이 플롯은 안테나 방사선 패턴의 모양의 지표로서 모든 방향에서 적절한 신호를 꾀나 잘 전송하고 있다는 사실을 보여줍니다.
이 AP에 상대적인 평면 패턴의 위치를 이해하는 것은 안테나 패턴이 3차원 모양으로 어떻게 생겼는지 개략적인 아이디어를 얻을 수 있도록 도움을 줍니다.
3D 방사선 패턴
플레인 패턴의 대체제로서 3D 방사선 패턴은 실제 방사선 패턴을 쉽게 시각화합니다. 종종 이 3D 패턴은 렌저링된 3D 모양을 제공하지만, 아래와 같이 여러가지 색으로 표현된 패턴을 제공하기도 합니다:
이 패턴은 방위각 평면과 고도 평면 다이어그램을 모든 방향에서 통합한 것입니다. 그래프를 통틀어 다양한 색상은 오른쪽의 색상 축적을 통해서 확인할 수 있습니다.
둘레의 0 - 360 각도는 AP 중심으로 부터의 모든 방향의 방위각을 나타냅니다. 시각화를 돕기 위해 그래프의 방향을 확인할 수 있도록 각 5개 색상의 점으로 표기된 이미지를 아래와 같이 제공합니다.
이미지에서 확인할 수 있듯이, 3D 플롯은 AP를 바로 보았을 때의 방향의 증폭을 시각적으로 나타낸 것입니다.
아래의 이미지는 링 값을 15, 30, 45, 60, 75, 90정도 씩 증가하며 그래프를 나타낸 것입니다.
UniFi - UAP Antenna Radiation Patterns 문서의 대부분의 3D 방사선 플롯은 AP 쪽의 평면에서 AP로부터 방사되는 공간만을 커버합니다. 하지만, 벽이나 천장에 부착하지 않을 몇몇 AP(UniFi Mesh 엑세스 포인트 같은)는 90도를 방위각으로 삼기 보다는, 그래프의 스케일을 180도로 확장합니다.
예제: UAP-AC-M 방사선 플롯
배포를 위해 방사선 패턴 사용하는 방법
무선 배포 환경을 준비할 때, 안테나 방사선 패턴은 유용하게 사용할 수 있습니다. 예제를 확인해 봅시다:
예제 이미지에서 방사선 패턴을 활용하여 어디에 UniFi AP를 배치해야 최적의 증폭값을 얻을 수 있고, 이를 통해서 TV 혹은 스마트 온도 조절기와 같은 무선장비에 최적의 커넥션을 제공할 수 있을지 도움을 제공합니다. 하지만, 거실과 같이 작은 공간을 고려할 때에는 안테나 증폭값은 예제에서 보인 값보다 훨씬 적은 차이를 보일 수 있다는 점을 잊지 마십시오.
이 플롯들을 사용하여 신호의 일반적인 모양을 확인할 때에는 어떻게 UniFi 엑세스 포인트를 배치할지 확인하는 용도로 사용하십시오. 예를 들자면, UAP-AC-PRO를 천장의 특정 영역에 배치하는 것이 클라이언트의 수평방향에 배치하는 것보다 낫다라는 식으로 말입니다.
신호 값의 조그마한 차이에 너무 많은 신경을 쓰지 마십시오. 적은 차이는 성능에 의미있는 차이를 주지 않습니다. 다시 말하자면, 책상을 3 피트 오른쪽으로 옮겨서 신호의 세기를 1 dB 증폭시키는 것이 크게 의미는 없다는 것을 말합니다. 그래프당 조금 달라보이더라도 일반적인 모양을 통해서 무선 배포 환경의 가이딩을 받으십시오. 안테나 방사선 패턴은 네트워크를 최적의 성능을 내려고 할때 매우 값어치 있는 도구입니다. 관련 문서를 확인하여 UniFi AP 방사선 패턴에 대하여 더 알아보십시오.
관련 문서