가정용 TV 안테나에 많이 사용되는 야기안테나(Yagi-antenna)에 대한 학부시절 강의 내용은 잘 잊혀지지 않습니다. 교수님으로 부터 야기안테나 개발, 특허에 관한 이야기와 "기술개발은 이론적으로 접근하는 방법도 있긴 하겠지만 대다수 우연하게 발견되는 경우가 많다."라며, "따라서 실험중에 조그만한 차이, 특이성에 대한 원인분석의 중요성"에 대한 것들 입니다.
"야기안테나"라는 용어에서 짐작되는 것과 같이 일본 "Yagi" 교수가 개발한 것입니다. 1941년에 일본이 싱가포르를 침략하면서 영국의 레이더 병이었던 레만 하사의 메모를 발견합니다. 여기에는 실용화된지 얼마되지 않는 레이더의 성능과 취급 설명서가 기록되어 있었으며, 이 자료에서 "YAGI"라는 안테나를 처음 알게 됩니다. 그러나, 일본에서는 "야기안테나"에 대한 정보가 없었으나, 나중에 레이더에 사용되는 "Yagi 안테나"의 "Yagi"는 이를 개발한 일본인 이름이라는 것을 알고 "경악(?)"하게 됩니다.
결론적으로 이 야기안테나를 적용한 레이더에 의해 일본은 미국과의 전쟁에서 패하고, 이로 인해 야기 교수는 일본 정부로 부터 많은 제약과 시련의 날들을 보내야만 했습니다. 더불어 일본정부에서는 야기 교수가 츨원한 특허를 폐기하는 우를 범하는 등 2차 세계대전 이후 급속한 발전과 보급이 진척되고 있던 TV 시대에 야기안테나의 특허권을 놓쳐 막대한 경제적 이익을 창출하는데도 실패하게 됩니다.
(그러나 나중에 일본정부는 야기 교수에게 훈장을 주었다고 하더군요. "정부란 정말 알다가도 모르는 존재"라고 야기 교수가 했다나 뭐라나..하긴,. 지금도 알다가도 모를 일들이 정말 많이 일어나긴 하죠..)
어찌되었던, 지금 지상파 디지털 TV방송전환을 준비하고 있는 시점인 우리나라, 나름대로 지상파 TV방송을 수신하기 위한 안테나에 대해 한번 정리해 보는 것도 의미가 있을 것 같았습니다. 그러나 TV 수신안테나에 대해 분류한 정보가 없을 뿐만아니라 기준도 없으므로 이를 정리한다는 것은 이쪽 분야 전문가들 입장에서는 의견이 있을 수 있겠습니다만,. 나중이라도 문제가 있는 부분은 다른 분들이 다시 정리해 주실 수 있을 것으로 믿고... 최근의 IT분야에 많이 사용되는 분류방식으로 정리해 보았습니다.
-- 1세대(1G) TV 안테나 --
우리나라에서 TV 방송을 시작한지 무려 50 여년의 역사를 가지고 있으며, 1961년 흑백 아날로그 TV에 이어 1980년 컬러방송시대를 이어오는 동안 늘 "야기안테나"가 사용되었습니다. 무려 50년을 야기안테나에 의존하여 TV방송을 수신하고 있었다고 해도 과언이 아닐 것입니다.
(일본에서는 야기안테나라는 회사가 있으며, 야기안테나가 개발된 것은 70년 정도가 되었습니다. 요즘 하루가 다르게 변화되는 휴대폰을 생각하면 50년 이상 사용되고 있는 야기안테나 기술은 정말 대단한 개발이라고 할 수 있습니다.)
최근까지 TV방송 수신용으로 다양한 방식의 안테나들이 사용되고 있으며, 대다수 알류미늄 등의 소자를 이용한 것으로 야기안테나를 기본으로 광대역 LP 안테나, 루프 안테나 및 복합형 안테나 등으로 개발되어 사용되고 있습니다. 이들 안테나는 현재 공청용 안테나로 사용되고 있으며, 향후 디지털 TV방송의 공청용으로도 상당기간 사용될 수 있을 것으로 예상됩니다.
(비교적 높은 이득, 저렴하고 간단한 제조방법 등 상당기간 개별 또는 공청용으로 사용될 것으로 예상됩니다.)
<야기안테나> : 간단하게 비교적 큰 이득을 얻을 수 있으나, 수신 대역이 좁아 조만간 생산이 중단될 것으로 보임
<LP 안테나> : Log-Periodic 대수주기 안테나로 디지털방송채널 대역을 전부 커버하는 광대역 특성을 가지고 있음
(예 : 스펙트럼 LP-28 고이득안테나, 국내 처음으로 가정용으로 판매됨)
<복합안테나> 야기+LP안테나, 야기+코너리플렉트(CR) 안테나의 장점을 살린 안테나. 각 안테나의 장점을 살림
(예 : 스펙트럼 CR-43 고이득안테나)
뿐만아니라, 이와 유사한 여러 종류의 안테나들이 있다. 이들 안테나는 국내에는 잘 사용되지 않지만,.이런 안테나들은 1세대 기본 안테나라고 분류해 보았습니다.
(다양한 복합안테나)
-- 2세대(2G) TV 안테나 --
1980년 컬러TV 시작과 더불어 주거환경이 아파트로 크게 변화됩니다. 따라서 기존에 사용되던 안테나는 덩치가 크고 설치와 관리의 번거로움 등이 있어 대안으로 실내안테나 개발이 시도됩니다. 이것은 국내는 물론 해외에서도 도심지역의 건물들이 밀집되기 시작하고 아파트 건설 붐이 일어나면서 거치장스러운 1세대 안테나는 갈수록 외면 당하고 있었기 때문이었습니다.
따라서 실내안테나가 개발되어 시청자들에게 확산되었으나, 불행하게도 아날로그 TV에서는 반사파의 영향으로 고스트(화면겹침)현상이 많고 잡음이 많아 TV시청시 화면의 중첩, 줄무늬 등 실내안테나로 시청하는데 어려움이 있었습니다. 이때 사용되던 실내안테나에는 대다수 증폭기(부스터)를 내장하고 있었으나, 실내안테나에 증폭기를 내장해도 고스트 등의 개선이 이루어지지 않았으므로 실내안테나는 시청자들로 부터 외면을 당하게 되는 원인이 됩니다.
아마 이런 이유로 우리나라의 경우 공중파 아날로그 TV방송 시청자들이 대다수 유료의 유선방송으로 이동하는 주요 원인이 되었을 것으로 생각되고 있습니다만...지금도 유료방송 시청자들은 "안테나로 TV만 잘 나온다면 유선방송을 해지 할 수 있다."라는 의견이 상당하다는 자료를 언듯 본적이 있었기 때문에 앞서 언급한 아날로그의 고스트와 잡음 등의 원인이 시청자들을 유료방송으로 이전한 게기가 되었을 것으로 파악하고 있습니다.
(부스터 내장 실내안테나 들)
2000년부터 지상파 디지털 TV 방송이 시작되면서 아날로그 TV방송에 사용되던 방법으로 증폭기(부스터)를 내장한 실내안테나 제품이 생산되고 있습니다. 이것은 TV 전파환경을 잘 이해하지 못한 관계로 수신성공율이 낮아 시청자들로 부터 또다시 외면을 당하고 있었습니다. (아직도 부스터를 내장한 실내안테나를 개발하는 업체도 있긴 합니다만,..)
실패의 원인으로는 대다수 실내안테나 증폭기(부스터)는 단순하게 입력되는 모든 신호를 증폭합니다. 그러나 TV방송대역은 아날로그 및 디지털 방송이 혼재되어 있고 인접대역에 이동통신기지국들이 주택인근에 분포되어 있어 이를 신호를 적절히 제어하지 않는다면 차라리 증폭기(부스터)가 없는 것이 좋다는 것입니다.
(필자의 생각입니다만,. 실제로 시험한 결과, 동일한 내용을 확인할 수 있었습니다...)
따라서 스펙트럼 안테나에서는 2004년 국내 처음으로 부스터가 내장되지 않는 광대역 안테나가 개발항 생산하였습니다. 이 안테나는 LP계열의 광대역 수신이 가능한 LP49 안테나와 더불어 유사한 방법으로 다수 안테나가 개발되었으며, 이들 제품은 모두 부스터를 사용하지 않았습니다. 더불어 안테나 소자를 전자회로소자(PCB)기판을 사용하여 대량생산이 쉽고 생산에 따른 균일한 품질과 장기간 사용에도 견고하고 안정적인 특성을 보이고 있어 국내외 소비자들로 부터 우수한 평가를 받고 있습니다.
(최근 국내에서도 스펙트럼 사의 안테나와 유사한 제품을 개발한 업체들이 다수 나타나고 있습니다만, 안테나 소자는 PCB가 아니라 알류미늄, 동테이프 등으로 이루어져 있을 것으로 보여 제조상 균일한 특성을 얻는데 어려움이 있을 것입니다.)
<국내 스펙트럼사의 실내안테나 들>
(헤미빔 실내안테나) (HD-미니 실내안테나) (LP49 실내안테나) (매치-윙 실내안테나)
근래 이동통신기술의 발전에 힘입어 방송안테나 분야도 이러한 기술을 반영하여 더욱 혁신적으로 발전하고 있습니다. 최근까지는 실외안테나는 주택이나 아파트 옥상에 설치하는 것을 염두에 두고 개발되었으나, 현대적인 주거환경과 디지털 전파환경에 적합하도록 더욱 작고 편리하며 어느 곳에서도 설치가 가능한 디지털 TV방송 수신안테나의 새로운 모델들이 등장하고 있습니다.
2005년 국내 스펙트럼사에서 처음으로 이러한 새로운 타입의 실외안테나를 개발하여 시청자들로 부터 많은 호응을 받고 있으며, 해외 바이어들로 부터도 좋은 반응을 얻고 있습니다.
이것은 디지털 TV방송의 전파특성상 아날로그 TV방송에서 고질적인 문제로 발생되던 고스트(화면겹침)현상이 발생되지 않으며 잡음에 강하고 더불어 아날로그 방송신호보다 디지털 방송은 1/10~1/100 정도의 적은 신호세기만으로도 깨끗한 고화질의 방송을 수신할 수 있기 때문에 간편한 디지털TV수신용 안테나 개발이 가능했습니다.(광역시, 도청소재지 지역은 조그만한 실외안테나를 주택의 옥상이나 아파트 베란다 난간에 설치하면 쉽게 디지털 TV방송을 수신할 수 있음)
그러나 불행하게도 우리나라에서는 아직까지도 아날로그 안테나 스펙(기술특성)을 고집하는 분들을 종종 볼 수 있습니다.
무조건 이득이 높으면 수신이 잘 될 것이라는 생각하고 있다는 것입니다. 현대화된 도심지역 주거환경에서의 디지털 방송신호의 반사파에 대한 전파환경과 농어촌지역의 주건환경, 야산이나 구릉에 의한 회절과 반사 등 디지털 전파환경을 이해하지 못해서 발생한 것이 주요 원인일 것으로 생각됩니다.
농어촌 지역에서는 안테나 설치환경이 좋지 않을 뿐더러 관리의 어려움이 있어 안테나 이득이 높을 경우 외부환경(바람 등)에 의해 안테나가 조금만 흔들려도 수신이 끊겨지는 상황이 빈번하게 발생될 수 있다는 것입니다. 더불어 많은 지역에서 방송사별송신소와 중계소 위치가 틀린 곳에서 TV방송을 송출하고 있어 수신안테나 이득이 높을 경우 수신할 수 있는 비임폭이 좁아 위치가 다른 방송사들의 HDTV방송을 수신하는데 어려움이 가중되고 있다는 것입니다.
(안테나를 이쪽 방향으로 하면 KBS만 수신되고, 저쪽 방향으로 하면 MBC 만이 수신되는 등의 현상을 말합니다.)
이러한 국내 다양한 전파환경과 주거환경을 고려하여 시청자 입장에서 편리하게 사용할 수 있도록 개발한 안테나가 스펙트럼의 LP410P 및 HD-free 실외안테나라고 할 수 있습니다. 필자는 이러한 안테나 유형을 2세대 안테나라고 분류해 보았습니다.
(스펙트럼사의 HD-free 및 LP410P 실외안테나)
(해외의 제품)
[ 3세대(3G) TV 수신안테나 ]
지금까지 개발된 안테나들은 대다수 지향성 안테나이므로 송신소 방향으로 안테나를 지향시켜야 하는 단점이 있습니다. 어느정도 방송수신에 관련된 지식을 보유하고 있는 경우에는 문제없이 안테나 방향을 조정할 수 있지만, 대다수 시청자들은 송신소 방향이 어느쪽에 있는지 알지 못할 뿐더러 알 필요도 없는 것이 당연한 현실이기 때문에 성공적인 지상파 DTV 전환을 위해 일정부분 시청자 수신분야에 대해 개선되어야 할 부분이 있습니다.
특히 오랫동안 아날로그 TV방송채널 선택방법으로 익숙해져 있는 시청자에게 수신채널 검색과 더불어 신호세기를 보면서 안테나 방향을 송신소 방향으로 조정하는 일은 시청자들에게 스트레스를 가중시킬뿐만 아니라, 고통(?)스러운 것입니다. 더불어 일부 지방에서는 송신소와 중계소 위치가 방송사별로 상이해서 안테나 방향을 이쪽으로 하면 KBS, 저쪽으로 하면 MBC 등이 수신되는 등 시청자들을 정말 짜증나게 하는 것 입니다.
그러면, 좋은 방법은 없을까요 ??
수년전 미국 NAB 전시회에 스마트안테나가 발표된 적이 있었습니다. 스마트 안테나를 제어할 수 있는 기능이 내장된 셋탑박스를 설치한다음 채널검색을 하게 되면, 자동으로 신호세기가 가장 큰 방향으로 안테나 비임을 맞추어 주는(8개 방향) 안테나 제품이었습니다. (미국의 경우, 스마트 안테나를 사용할 수 있는 셋탑박스-스마트안테나 인터페이스에 대한 표준화가 준비되어 있으나, 현실적으로 거의 사용하고 있지 않는 것으로 파악되고 있음)
(일본 DX사의 스마트 안테나)
이 제품은 얼마 만큼 효과가 있는지 모르지만, 복잡한 전원문제와 더불어 스마트 안테나를 제어하는 기능이 내장된 셋탑박스 또는 HDTV가 있어야 한다는 것이 최대의 단점이라고 할 수 있습니다. 또한 장기적으로 열악한 실외공간에 설치되어 있어야 하는데, 내부에 상당한 종류의 고밀집 부품들이 내장되어 있어, 일반인들이 이 제품을 관리하는데 어려움이 있을 것으로 예상되었습니다.(필자의 판단이었습니다.)
최근 국내 HDTV 안테나 생산 및 수출업체인 스펙트럼 안테나( www.spectrum.co.kr / http://m.spectrum.co.kr )는 금년 6월부터 옴니-빔(Omni-beam) 안테나가 판매될 계획이며, 이 안테나는 이러한 문제들을 해소한 것입니다. 최근 스펙트럼사에서 신제품 소개정보로 공개한바 있습니다만, 일반 주택의 옥상이나 아파트 난간에 설치해서 안테나 방향 조정없이 지상파 HDTV 방송을 수신할 수 있으며, 특이하게 선박에 설치해서 해상을 운행하면서 HDTV 방송을 시청할 수도 있습니다.
이것은 국내 처음으로 선박에도 사용할 수 있는 TV 안테나를 개발한 것으로, 지금까지 연안을 운행하는 여객선, 화물선 및 상선 등 전량 외국제품 수입에 의존하던 것을 이번 개발한 스펙트럼사의 옴니-빔 안테나로 대체할 수 있게 되었으며, 향후 선박용 TV안테나의 수입대체 효과도 기대되고 있습니다.
(스펙트럼에서 개발한 Omno-beam 안테나, 스마트 스타일의 차세대 3G 안테나)
이번에 개발된 옴니-빔 안테나는 시청자가 송신소 방향으로 안테나를 조정하지 않아도 되며, 시청자들은 방송사의 송신소 정보를 알지 못해도 무난하게 지상파 HDTV 방송을 수신할 수 있습니다. 이런 스마트한 성능을 보유하고 있는 차세대 안테나를 3G 안테나라고 분류해 보았으며, 향후 이러한 스마트한 성능을 보유한 안테나들이 미래의 디지털TV 안테나 시장을 주도할 것으로 믿어 의심치 않습니다.
스펙트럼에서는 5월중 국내 주요 판매점, 방송사, 전문가들과 해외바이어들에게 옴니-빔 안테나 샘플을 제공할 계획이며, 또한 본 제품은 6월 14~17일 COEX에서 개최되는 KOBA 전시회의 "(주)스펙트럼통신기술" 부스에 전시됩니다.
출처 : 스펙트럼 안테나 홍보 자료
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