Fractal Antenna(프랙탈 안테나) 발명자(W1YW: Nathan Cohen 美國)

KARL월간지(한국아마추어무선연맹 기관지) 9`10월호를 읽던중 관심있는 기사를 발견했다. DK칼럼(이남규님은 전 조선일보기자 이시며 아마추어무선계의 원로이신 HL1DK)의 제목이... "햄이 만든 프랙탈 안테나"를 흥미 있게 읽게 되었고 그 내용중 최신의 프랙탈 기하학의 형상을 흥미를 같고 연구하여 드디어 혁신적인 프랙탈소자 안테나를 발명하였다는 내용이며 그것이 오늘날 유명한 애플사의 아이폰등의 모든 모바일폰에 사용하는 아주 작고 혁신적인 안테나 라는 것에 관심을 갖게 되었다. 따라서 프랙탈 기하학이란 무엇인가 인터넷 검색을 하였는데 벌써 수년전부터 관심있는 분들이 프랙탈 기하학에 대하여 정리한 홈페이지가 많은것에 대하여 감탄하지 않을 수 없었다 . 프랙탈 안테나...프랙탈 기하학...무슨뜻일까...궁금했다...칼럼내용을 아래 전재하였다. -------------------------------------------------------------------------------------------------------- <햄이 만든 프랙탈 안테나>  애플사의 아이폰은 실로 대단한 물건이다. 전문가의 이야기로는 아직 진정한 의미의 스마트폰이라고는 할 수 없다는데도  이 휴대폰 하나로 애플사는 이미 시가총액이 IT업계의 아성 마이크로소프트를 멀리 제쳤고, 미국 최대의 기업인 엑슨모빌  을 추월할 가능성까지 있다고 한다.전철에서도 아이폰을 열심히 들여다보는 사람들을 심심치 않게 볼 수 있다.  이러다가는 이런 휴대폰의 소유여부로 세대를 나눌 수 있게 될지도 모른다.  그런 가운데 최근 내 관심을 끈 것은 아이폰4의 안테나 문제다. 안테나가 내장된 왼쪽 아랫부분을 잡으면 전파수신 강도가  떨어진다. 핸디형 무전기에 익숙한 햄(HAM)들에게는 별로 이상하다고 할 수 없는 현상이다.  그러나 일반소비자들은 그런사정을 이해하여 줄만큼  관대하지 않다. 소비자들은 그것을 " 데스그립(Death grip) "이라고  부르면서 문제를 제기했다...( 중 략 )  요즘 휴대폰에 내장된 프랙탈 안테나는 전처럼 코일을 사용하여 단축시키는 것이 아니라 프랙탈기하학(Fractal Geometry)  이라고 부르는 새로운 이론을 기반으로 만들어 졌다는 것이다. 더욱 놀라운 것은 이 안테나를 발명한 사람이 네이슨 코언  이라는 햄(W1YW)이라는 사실이다. 11살 때 햄(HAM)을 시작한 그는 DXer로도 이름을 날려 1995년 최고의 명예인 넘버1  오너롤 DXCC를 달성했을 정도다. 금년 55세인 그는 다양한 경력을 가지고 있다. 천공은 천체물리학.그 중에서도 전파망원경  이었지만, 연구를 계속하고 여러대학교에서 학생을 가르치면서 집필을 하고, 기타연주자로서 작곡을 하고 앨범을 내고  주식거래인도 되고 , 하이킹을 하면서 프로사진작가처럼 풍경 사진을 찍었다.  1987년 그는 헝가리에서 열린 한 학회에서 프랙탈기하학의 개척자인 베느와 만들브로를 만났다.  나무,숲,산,같은 일견 불규칙한 형상을 하고 있는 자연도 반복되는 작은 형상으로 분해하여 수치화 할 수 있다는 그의 이론은  당시에는 전혀 실용성이 있을 것 같지 않았다고 한다.   다음 해 그는 보스턴(USA)에 있는 27층 Apt에서 2m 핸디(145Mhz 주파수는 전파가 하늘로 날아가면서 사인 웨이브곡선을  상하 진동하며 멀리 날아가는데 그 때의 진폭이 2m라서 그것을 보고 일명 2mHandy 라고 한다)로 50Km 떨어진 곳에 있는  DX패킷 클러스터에 접속하려고 했지만, 임대계약서에 안테나를 설치할 수 없다는 조항이 있었다. 그는 아무런 측정기구도  없이 판지와 알루미늄 은박지로 한 변이 15cm 가량 되는 깔개 모양의 안테나를 만들어 베란다에 내 놓았다.  이 안테나는 훌륭하게 작동했지만 얼마 후 아파트관리인에게 발각되어 철거당했다. 그는 새 집으로 이사를 가서 본격적으로  안테나를 개발하기 시작했다. 그는 이 때 우리가 안테나에 대해 알고 있던 지식이 전부가 아니라는 사실을 알게 되었다.  고 한다. 그는 프랙탈 기하학의 형상을 연구했고 그것을 기초로 1988년 최초의 프랙탈소자 안테나를 만들었다.  아주 작게 만들 수 있으면서도 대역이 넓으며 지향성(한쪽 방향으로 집중적으로 멀리멀리 날라가는 형태를 말함)   까지 갖출 수 있는 혁신적인 안테나였다.  1995년 그는 프랙탈 안테나시스템회사를 만들어 세계시장으로 진출했다. 이 회사의 다음 목표는 금융통신 분야라고 한다.  ... ( 중 략 )...코언은 수십년 동안 거의 발전이 없었던 안테나분야에서 혁신을 만들어냈다.그는 성공의 비결은  " 포기하지 않고(sticking to it) ", 한눈팔지 않는 것(Press on regardless)" 이라고 충고하고 있다. -------------------------------------------------------------------------------------------------------------- ★ 프랙탈 기하학( Fractal geometry )     보통 자연현상이나 일상생활에서 일어나는 현상들이 비선형적인 요소가 있었지만  그것을 무시하고,     계산하기 쉽고 이해하기 쉬운 선형적인 것으로  이해하고 해결했었다.     그러나 처음에 가볍게 여긴 작은 오차가 후에 중대한 오차로 나타난다는 카오스의 등장으로 이 비선형     적인 요소를 무시할 수 없음을 알게 되었다.     선형적 해석법에 입각한 사고에 중대한 전환을 가져온 결과가 1963년 美國MIT 대학교 기상학 교수인     " 에드워드 로렌츠(Lorenz Edward Norton:1917~  )" 고안한 공기의 대류 모델방정식(로렌츠방정식)     에 의해 관찰됐다. 이 방정식을 매개변수를 변화시켜 가면서 풀면 특정한 값에서부터 결코 주기적이     아닌 복잡한 운동을 볼 수 있다. 그러나 이들 운동은 똑같은 길을 반복하지 않으면서 일정한 형태     (나비날개 모양)을 유지한다( 로렌츠 글개), 이 기기한 끌개는 무한히 많은 층으로 이루어졌으나 자체     유사성을 지닌, 매우 기묘한 기하학적 구조를 가지고 있으며 이것이 프랙탈 구조이다.     프랙탈은 자연계의 구조적 불규칙성을 기술하고 분석할 수 있는 새로운 기하학이다.       세상에는 피라미드 처럼 너무 단순해서 아름다운 것도 있지만,     눈송이처럼 무한히 복잡해서 아름다운 것도 있다. 단순해서 아름다운 모양에 대한 분석은 오래 전에 이뤄졌다.     기원전 4세기경 "알렉산드리아"에서 활동했던 에우클레이데스 가 점,선,면으로 구성된 기하학적 도형과 입체에     서 발견되는 진리를 집대성 한 " 유클리드 기하학"이 바로 그것이다.     그런 도형들은 직선,평면,입체로 명백하게 구분되고 유한한 둘레(길이),면적,부피를 갖는다. 그런 도형들은 크     기를 절반으로 줄이면, 길이는 절반,면적은 4분의1,부피는 8분의 1로 줄어드는 공통적인 특성을 가지고 있다.     그러나 유클리드 기하학으로 설명 할 수 없을 정도로 복잡하고 불규칙적인 도형이나 구조가 있다 .     뭉개구름,나뭇가지와 강줄기,사막의 모래무늬,울퉁불퉁 해안선,산악지방의 지형,인체의 혈관,등등 그러한 사례     는 무수히 발견된다. 자연에서 "유클리드 구조는 결코 일상적인 것이 아니라는 뜻이다.     너무나 무작위적이고 불규칙적이라는 점을 빼면 아무런 공통점도 찾기 어려울 것 같은 그런 모양에도 수학적인     진리가 담겨 있다. 폴란드 출생의 수학자 "브누어 만델브로(Mandellbro)"(1924~ )는 1975년 밝혀낸     " 프랙탈 기하학"이 바로 그것이다.     프랙탈은 부서진의 뜻을 가진 라틴어 fractus를 변형시킨 것으로 한국어로 분차원(分次元) 또는 부분차원 이라     고 한다. 프랙탈 구조는 유클리드 구조와는 전혀 다른 특징을 나타낸다.컴퓨터를 이용해서 만든 프랙탈 도형은     다양한 목적으로 활용되고 있다.     프랙탈 기하학의 진짜 중요한 용도는 따로 있다. 프랙탈 기하학은 최근에 새롭게 등장하고 있는 복잡성의 과학을     설명하는 중요한 수학적 도구로 활용되고 있다. 오늘날 많은 사람들이 걱정하고 있는 날씨의 변화가 대표적인 예.       프랙탈은  4가지로 나눌 수 있다.     1. 기하학적 프랙탈,기하학적인 법칙에 의해서 만들어진 프랙탈. 칸토어 집합과 시에르핀스키 삼각형, 페아노 곡선         코흐 눈송이 등이 이에 해당된다.     2. 기이한 끌개,초기 점을 정하고 주어진 함수에 의해서 재귀적으로 변환된 점을 찍어서 만들어진다.         유명한 것으로 선형 변환에 의한 IFS(Iterated function systems)가 있다.     3.Escape-time fractals. 주어진 맵이 이미지에 해당하는 각각의 점에 대해 얼마나 빨리 발산하는지를       색채로 나타낸 것. 만델브로 집합과 쥘리아 집합 등이 있다.     4. Random fractals. deterministic 하지않고 stochastic한 방법으로 만들어진 것.      이들 중 기하학적 프랙탈만이 완벽한 자기유사성을 가지고 있다. 반면 만델브로 집합은 느슨하며     "통계적인" 자기 유사성을 가지고 있는데 확대할 때마다 자기 자신의 모습이 변형된 형태로 나타난다.      프랙탈은 보통 컴퓨터 프랙탈 소프트웨어를 사용해서 계산된다.프랙탈은 실용적인 목적으로 많이 사용된다.      프랙탈은 자기유사성과 자기 순환성을 가지는 도형을 밝히는 학문 이다. ★ 프랙탈(Fractal) 이란...     프랙탈이란 작은 구조가 전체 구조와 비슷한 형태로 끝없이 되풀이 되는 구조를 말한다.     즉, 부분과 전체가 똑같은 모양을 하고 있다는 " 자기 유사성(self-similar)" 과 순환성     (recursiveness)" 이라는 속성을 기하학적으로 푼 것으로 프랙탈은 단순한 구조가 끊임     없이 반복되면서 복잡하고 묘한 전체 구조를 만드는 것이다. ★ 자연은 프랙탈 이다.     우리를 둘러사고 있는 자연계에는 복잡하고 불규칙한 모양이나 현상들이 가득하다.     구름이나 번개, 유리 파편, 겨울철 유리창에 서리는 성에, 비바람에 시달려서 꼬부라진     소나무, 바다 속의 아름다운 산호 등, 이렇게 다양한 모양들 안에서 어떤 공통성을 찾아     낼 수 없을 까? 이들은 모두가 우연히 또는 순간적으로 이루어졌는가 하면, 오랜시간이     걸린 것도 있다. 이제까지의 기하학은 이러한 것들에서 어떠한 법칙성이나 공통점을 찾     아내지 못했으며, 아예 연구의 대상으로도 생각하지 않았다. 그러나 이것들을 하나의     통일적인 관점에서 설명해 낸 수학자가 바로 " 만델브로트 " 이다.     만델브로트는 프랙탈의 개념을 활용해서 자연을 해석하였다. ★ 프랙탈(Fractal) ......     자연현상의 프랙탈 모양은 아무리 복잡해 보여도 간단한 기본 모양에서 전체를 생성하는     "재생산 규칙"을 알아내기만 하면 눈깜작할 사이에 컴퓨터상에서 재현해 낼수 있다.     또 상상의 나래를 펴면 수많은 아름다운 수학적 패턴을 만들어 낼 수 있다.     한편, 과거에는 복잡한 자연생태계를 이해하는 것이 불가능했지만 이제는 수학과 컴퓨터     의 발달로 자연생태계도 규칙을 찾아내면 컴퓨터상에 가상 인공생태계를 만들어 낼 수     있다.이 가상생태계상에서는 수천, 수만 년의 긴 세월 두고 서서히 일어나는 진화의 과정을     하루 밤 사이에 재현해내서 진화의 비밀을 얼마간 이해할 수도 있다.     또 마구잡이로 개발하고 있는 지구환경 상태를 미리 알아서 보호 조처를 강구할 수도     있을 것이다.     프랙탈의 개념이 한번 받아들여지면 자연계의 버림받았던 부분들을 이해하게 되고,     이들을 서로  얽어매는 유기적 전체의 원리가 생각하게 되어 세상은 새롭게 보일 것이다.   +++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++     언제나 사랑스런 계영,계희,시현,현규,정현,서현, 행복한 행운아 꽃돼지들에게...   학문에 한번 맛을 들이면 배우고 연구하는데 너무 즐겁고 행복해진다...   공부열심히하기를 바라면서 정리하였다. +++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++