소자 패턴과 테이퍼

배열 인자는 안테나 하나가 모든 방향에서 똑같이 받는다고 보고 구한 것이다. 실제 안테나와 가중치는 빔을 어떻게 바꾸는가?

소자 패턴

패치 같은 실제 안테나 하나는 정면을 가장 잘 받고 옆을 잘 받지 못한다. 이 방향 특성을 소자 패턴 $E(\theta)$라 한다. 모든 안테나의 소자 패턴이 같으면 배열의 패턴은 소자 패턴과 배열 인자의 곱이다.

소자 패턴이 $\cos\theta$이면 60°로 조향한 빔은 정면 빔보다 $20\log_{10}0.5=-6.0$ dB 약하다. 정면에서 먼 방향으로 조향하면 빔이 두 배 넓어질 뿐 아니라 받는 세기도 줄어든다. 반면 같은 소자 패턴이 옆으로 선 그레이팅 로브와 사이드로브를 낮추어 준다.

테이퍼

배열 인자의 첫 사이드로브는 −13 dB 근처로, 사각 윈도우의 첫 사이드로브 −13.3 dB(8장)와 같다. 모든 안테나에 같은 크기의 가중치를 주는 것은 시간 축에서 사각 윈도우를 거는 것과 같기 때문이다. 그러므로 8장의 윈도우를 가중치로 그대로 쓸 수 있다. 가중치의 크기를 가장자리로 갈수록 줄이는 것을 테이퍼(taper)라 한다.

안테나 16개, d = λ/2, 정면 조향이고, Hann 테이퍼는 양 끝 안테나도 0이 되지 않도록 sin²(π(n + 1)/(N + 1))로 두었다. 점선 가로줄은 균일 가중치의 가장 높은 사이드로브이다.

안테나 16개에서 균일 가중치는 가장 높은 사이드로브가 $-13.1$ dB, 빔폭이 $6.36°$이다. Hann 테이퍼는 $-31.5$ dB와 $9.72°$, Hamming 테이퍼는 $-39.4$ dB와 $9.74°$이다. 테이퍼는 사이드로브를 18 dB 넘게 낮추는 대신 빔폭을 1.5배 넓힌다. 강한 표적 옆의 약한 표적을 사이드로브가 가리지 않게 하려면 테이퍼를 쓰고, 가까운 두 방향을 가르는 것이 더 급하면 균일 가중치를 쓴다.