안테나 이론-퀵 가이드
생각, 아이디어 또는 의심을 전달해야하는 사람은 다음과 같이 할 수 있습니다. voice communication.
다음 그림은 서로 통신하는 두 개인을 보여줍니다. 여기서 커뮤니케이션은sound waves. 그러나 두 사람이 더 먼 거리에있는 사람과 소통하려면이 음파를electromagnetic waves. 필요한 정보 신호를 전자기파로 변환하는 장치는Antenna.
안테나는 무엇입니까?
안테나는 전력을 전자기파로 또는 그 반대로 변환하는 변환기입니다.
안테나는 transmitting antenna 또는 receiving antenna.
ㅏ transmitting antenna 전기 신호를 전자기파로 변환하여 방출하는 하나입니다.
ㅏ receiving antenna 하나는 수신 된 빔의 전자기파를 전기 신호로 변환합니다.
양방향 통신에서 동일한 안테나를 송수신에 모두 사용할 수 있습니다.
안테나는 또한 Aerial. 그것의 복수는,antennae 또는 antennas. 오늘날 안테나는 크기와 모양에 따라 많은 변화를 겪었습니다. 다양한 응용 분야에 따라 다양한 유형의 안테나가 있습니다.
다음 그림은 다양한 안테나 유형의 예입니다.
이 장에서는 안테나의 기본 개념, 사양 및 다양한 유형의 안테나를 학습합니다.
안테나 필요
통신 시스템 분야에서는 무선 통신이 필요할 때마다 안테나가 필요합니다. Antenna통신을 위해 전자파를 송수신 할 수있는 기능이있어 배선 시스템을 설치할 수 없습니다. 다음 시나리오에서 이에 대해 설명합니다.
대본
외딴 지역에 연결하려면 계곡, 산, 지루한 길, 터널 등을 따라 전체 경로에 걸쳐 배선을 배치하여 외진 지역에 도달해야합니다. 무선 기술의 발전으로이 전체 프로세스가 매우 간단 해졌습니다. 안테나는이 무선 기술의 핵심 요소입니다.
위 이미지에서 안테나는 계곡과 산을 포함한 전체 지역에서 통신이 확립되도록 도와줍니다. 이 과정은 지역 전체에 배선 시스템을 설치하는 것보다 분명히 쉽습니다.
방사선 메커니즘
안테나의 유일한 기능은 power radiation또는 리셉션. 안테나 (전송 또는 수신 또는 둘 다 수행)는 전송 라인을 통해 스테이션의 회로에 연결할 수 있습니다. 안테나의 기능은 전송선의 방사 메커니즘에 따라 달라집니다.
최소 손실로 먼 거리에 걸쳐 전류를 전달하도록 설계된 도체를 transmission line. 예를 들어 안테나에 연결된 와이어입니다. 일정한 속도로 전류를 전도하는 송전선로, 무한한 직선형 선로,radiates no power.
송전선로가 도파관이되거나 전력을 방출하려면 이와 같이 처리되어야합니다.
전력을 방사해야하는 경우 전류 전도는 균일 한 속도이지만 전선 또는 전송선은 구부러 지거나, 잘 리거나, 종단되어야합니다.
이 송전선로에 전류가있어 시변 상수로 가감 속하면 전선이 직선이더라도 전력을 발산합니다.
에너지를 방출하기 위해 구부러 지거나 종단되는 장치 또는 튜브는 다음과 같이 불립니다. waveguide. 이들은 특히 마이크로파 전송 또는 수신에 사용됩니다.
이것은 다음 다이어그램을 보면 잘 이해할 수 있습니다.
위의 다이어그램은 안테나 역할을하는 도파관을 나타냅니다. 전송 라인의 전력은 에너지를 방출하기 위해 조리개가있는 도파관을 통해 이동합니다.
기본 안테나 유형
안테나는 다음에 따라 다양한 유형으로 나눌 수 있습니다.
안테나의 물리적 구조.
작동 주파수 범위.
응용 프로그램 등의 모드.
물리적 구조
다음은 물리적 구조에 따른 안테나 유형입니다. 이 안테나에 대해서는 이후 장에서 배우게됩니다.
- 와이어 안테나
- 조리개 안테나
- 반사기 안테나
- 렌즈 안테나
- 마이크로 스트립 안테나
- 어레이 안테나
작동 빈도
다음은 작동 주파수에 따른 안테나 유형입니다.
- 초 저주파 (VLF)
- 저주파 (LF)
- 중파 (MF)
- 고주파 (HF)
- 초고주파 (VHF)
- 초고주파 (UHF)
- 초고주파 (SHF)
- 마이크로 웨이브
- 전파
애플리케이션 모드
다음은 애플리케이션 모드에 따른 안테나 유형입니다.
- 지점 간 통신
- 방송 애플리케이션
- 레이더 통신
- 위성 통신
이 장에서는 안테나를 사용한 무선 통신에 대한 더 나은 아이디어를 얻기 위해 기본 통신 매개 변수에 대해 설명합니다. 무선 통신은 파도의 형태로 이루어집니다. 따라서 통신에서 파동의 속성을 살펴볼 필요가 있습니다.
이 장에서는 다음 매개 변수에 대해 논의 할 것입니다.
- Frequency
- Wavelength
- 임피던스 매칭
- VSWR 및 반사 전력
- Bandwidth
- 백분율 대역폭
- 방사선 강도
이제 자세히 알아 보겠습니다.
회수
표준 정의에 따르면,“특정 기간 동안의 파동 반복률을 다음과 같이 부릅니다. frequency.”
간단히 말해서 빈도는 이벤트가 발생하는 빈도를 나타냅니다. 주기적인 파동은 매번 반복됩니다.‘T’ 초 (기간). Frequency 주기 파의 역수는 기간 (T)의 역수 일뿐입니다.
수학적 표현
수학적으로 다음과 같이 작성됩니다.
$$f = \frac{1}{T}$$어디
f 주기 파의 주파수입니다.
T 파도가 반복되는 기간입니다.
단위
주파수 단위는 Hertz, 약어 Hz.
위에 주어진 그림은 밀리 초 단위의 시간에 대해 밀리 볼트 단위로 전압에 대해 플롯 된 사인파를 나타냅니다. 이 웨이브는 2t 밀리 초마다 반복됩니다. 따라서, 기간, T = 2t 밀리 초 및 주파수,$f = \frac{1}{2T}KHz$
파장
표준 정의에 따르면,“두 개의 연속 된 최대 지점 (크레스트) 사이 또는 두 개의 연속 된 최소 지점 (저점) 사이의 거리는 wavelength.”
간단히 말해서 두 개의 즉각적인 양의 피크 또는 두 개의 즉각적인 음의 피크 사이의 거리는 그 파동의 길이에 불과합니다. 그것은Wavelength.
다음 그림은주기적인 파형을 보여줍니다. 그만큼wavelength (λ)진폭은 그림에 표시되어 있습니다. 주파수가 높을수록 파장이 작아지고 그 반대의 경우도 마찬가지입니다.
수학적 표현
파장의 공식은 다음과 같습니다.
$$\lambda = \frac{c}{f}$$어디
λ 파장입니다
c 빛의 속도 ($3 * 10^{8}$ 미터 / 초)
f 주파수입니다
단위
파장 λ미터, 피트 또는 인치와 같은 길이 단위로 표시됩니다. 일반적으로 사용되는 용어는 다음과 같습니다.meters.
임피던스 매칭
표준 정의에 따르면,“송신기의 임피던스의 근사값은 수신기의 임피던스의 근사값과 같거나 그 반대 일 때 다음과 같이 불립니다. Impedance matching.”
안테나와 회로 사이에 임피던스 매칭이 필요합니다. 안테나, 전송선 및 회로의 임피던스는 일치해야합니다.maximum power transfer 안테나와 수신기 또는 송신기 사이에서 발생합니다.
매칭의 필요성
공진 장치는 특정 좁은 주파수 대역에서 더 나은 출력을 제공하는 하나입니다. 안테나는 그런resonant devices 임피던스가 일치하면 더 나은 출력을 제공합니다.
안테나에 의해 방출되는 전력은 효과적으로 방출됩니다. antenna impedance 여유 공간 임피던스와 일치합니다.
에 대한 receiver antenna, 안테나의 출력 임피던스는 수신기 증폭기 회로의 입력 임피던스와 일치해야합니다.
에 대한 transmitter antenna, 안테나의 입력 임피던스는 전송선 임피던스와 함께 송신기 증폭기의 출력 임피던스와 일치해야합니다.
단위
임피던스 단위 (Z)는 Ohms.
VSWR 및 반사 전력
표준 정의에 따르면,“정재파에서 최소 전압에 대한 최대 전압의 비율은 Voltage Standing Wave Ratio.”
안테나, 전송선 및 회로의 임피던스가 서로 일치하지 않으면 전력이 효과적으로 방출되지 않습니다. 대신 일부 전력이 반사됩니다.
주요 기능은-
임피던스 불일치를 나타내는 용어는 다음과 같습니다. VSWR.
VSWR전압 정재파 비율을 나타냅니다. 그것은 또한SWR.
임피던스 불일치가 높을수록 VSWR.
효과적인 방사를 위해 VSWR의 이상적인 값은 1 : 1이어야합니다.
반사 전력은 순방향 전력에서 낭비되는 전력입니다. 반사 전력과 VSWR은 모두 동일한 것을 나타냅니다.
대역폭
표준 정의에 따르면,“특정 통신을 위해 지정된 파장의 주파수 대역은 다음과 같이 알려져 있습니다. bandwidth.”
전송 또는 수신시 신호는 주파수 범위에서 수행됩니다. 이 특정 주파수 범위는 특정 신호에 할당되므로 다른 신호가 전송을 방해하지 않을 수 있습니다.
Bandwidth 신호가 전송되는 더 높은 주파수와 더 낮은 주파수 사이의 주파수 대역입니다.
할당 된 대역폭은 다른 사람이 사용할 수 없습니다.
전체 스펙트럼은 다른 송신기에 할당하기 위해 대역폭으로 나뉩니다.
방금 논의한 대역폭은 다음과 같이 호출 할 수도 있습니다. Absolute Bandwidth.
백분율 대역폭
표준 정의에 따르면“절대 대역폭과 해당 대역폭의 중심 주파수 비율은 다음과 같이 표현할 수 있습니다. percentage bandwidth.”
신호 강도가 최대 인 주파수 대역 내의 특정 주파수를 다음과 같이 부릅니다. resonant frequency. 그것은 또한center frequency (fC) 밴드의.
더 높고 낮은 주파수는 다음과 같이 표시됩니다. fH and fL 각기.
절대 대역폭은 다음과 같이 지정됩니다. fH - fL.
대역폭이 얼마나 넓은 지 알아 보려면 fractional bandwidth 또는 percentage bandwidth 계산해야합니다.
수학적 표현
그만큼 Percentage bandwidth 구성 요소 또는 시스템이 처리 할 수있는 주파수 변동의 양을 알기 위해 계산됩니다.
$$Percentage\ bandwidth = \frac{absolute\ bandwidth}{center frequency} = \frac{f_{H} - f_{L}}{f_{c}}$$어디
${f_{H}}$ 더 높은 주파수
${f_{L}}$ 낮은 주파수
${f_{c}}$ 중심 주파수
대역폭 비율이 높을수록 채널의 대역폭이 더 넓어집니다.
방사선 강도
“Radiation intensity 단위 입체 각당 전력으로 정의됩니다.”
특정 방향으로 더 강한 안테나에서 방출되는 방사선은 해당 안테나의 최대 강도를 나타냅니다. 가능한 최대의 방사선 방출은 방사선 강도에 지나지 않습니다.
수학적 표현
방사 강도는 방사 된 전력에 방사형 거리의 제곱을 곱하여 얻습니다.
$$U = r^{2} \times W_{rad}$$어디
U 방사선 강도
r 방사형 거리
Wrad 방출되는 전력입니다.
위의 방정식은 안테나의 방사 강도를 나타냅니다. 방사형 거리의 기능은 다음과 같이 표시됩니다.Φ.
단위
방사선 강도의 단위는 Watts/steradian 또는 Watts/radian2.
안테나의 방사 강도는 집중된 빔의 방향 및 해당 방향에 대한 빔의 효율성과 밀접한 관련이 있습니다. 이 장에서는 이러한 주제를 다루는 용어를 살펴 보겠습니다.
지향성
표준 정의에 따르면,“등방성 또는 기준 안테나의 방사 강도에 대한 대상 안테나의 최대 방사 강도의 비율, 동일한 총 전력을 방사하는 것을 directivity.”
안테나는 전력을 방출하지만 방출 방향은 매우 중요합니다. 성능이 관찰되는 안테나는 다음과 같이 불립니다.subject antenna.
이것의 radiation intensity특정 방향으로 초점을 맞추면서 전송 또는 수신합니다. 따라서 안테나는directivity 그 특정 방향으로.
안테나에서 주어진 방향의 방사 강도와 모든 방향의 평균 방사 강도의 비율을 지향성이라고합니다.
특정 방향이 지정되지 않은 경우 최대 강도가 관찰되는 방향을 해당 안테나의 지향성으로 사용할 수 있습니다.
비 등방성 안테나의 지향성은 등방성 소스의 방사 강도에 대한 주어진 방향의 방사 강도의 비율과 같습니다.
수학적 표현
방사 전력은 각도 위치와 회로로부터의 방사형 거리의 함수입니다. 따라서 두 용어를 모두 고려하여 표현됩니다.θ 과 Ø.
$$Directivity = \frac{Maximum\ radiation\ intensity\ of\ subject\ antenna}{Radiation \ intensity \ of \ an\ isotropic \ antenna}$$ $$D = \frac{\phi(\theta,\phi)_{max}(from \ subject\ antenna)}{\phi_{0}(from \ an \ isotropic \ antenna) }$$어디
${\phi(\theta,\phi)_{max}}$ 대상 안테나의 최대 방사 강도입니다.
${\phi_{0}}$ 등방성 안테나 (손실이없는 안테나)의 방사 강도입니다.
조리개 효율
표준 정의에 따르면“Aperture efficiency 안테나의 실제 면적에 대한 유효 방사 면적 (또는 유효 면적)의 비율입니다.”
안테나에는 전력이 방출되는 구멍이 있습니다. 이 방사선은 최소한의 손실로 효과적이어야합니다. 방사의 효과는 물리적으로 안테나에있는 개구의 면적에 따라 다르기 때문에 개구의 물리적 면적도 고려해야합니다.
수학적 표현
조리개 효율에 대한 수학적 표현은 다음과 같습니다.
$$\varepsilon_{A} = \frac{A_{eff}}{A_{p}}$$어디
$\varepsilon_{A}$ 조리개 효율입니다.
${A_{eff}}$ 유효 영역입니다.
${A_{p}}$ 물리적 영역입니다.
안테나 효율
표준 정의에 따르면“Antenna Efficiency 안테나에서 허용되는 입력 전력에 대한 안테나 방사 전력의 비율입니다.”
간단히 말해서, 안테나는 최소한의 손실로 입력에서 주어진 전력을 방출하는 것을 의미합니다. 안테나의 효율성은 안테나가 전송 라인의 손실을 최소화하면서 얼마나 효과적으로 출력을 전달할 수 있는지를 설명합니다.
이것은 그렇지 않으면 다음과 같이 불립니다. Radiation Efficiency Factor 안테나의.
수학적 표현
안테나 효율에 대한 수학적 표현은 다음과 같습니다.
$$\eta_{e} = \frac{P_{rad}}{P_{input}}$$어디
$\eta_{e}$안테나 효율입니다.
${P_{rad}}$ 방출되는 전력입니다.
${P_{input}}$ 안테나의 입력 전원입니다.
이득
표준 정의에 따르면“Gain 안테나의 방사 강도는 안테나에 의해 수용된 전력이 등방성으로 방사 된 경우 얻을 수있는 방사 강도에 대한 주어진 방향의 방사 강도의 비율입니다.”
간단히 말해서, 안테나 이득은 안테나의 방향성과 효과적인 성능을 고려합니다. 안테나에 의해 수용된 전력이 등방성 (즉 모든 방향으로) 방사 된 경우, 우리가 얻는 방사 강도를 기준으로 취할 수 있습니다.
용어 antenna gain 등방성 소스의 최대 복사 방향으로 얼마나 많은 전력이 전송되는지 설명합니다.
Gain 일반적으로 측정됩니다 dB.
지향성과 달리 안테나 이득은 발생하는 손실도 고려하므로 효율성에 중점을 둡니다.
수학적 표현
이득 방정식 G는 다음과 같습니다.
$$G = \eta_{e}D$$어디
G 안테나의 이득입니다.
$\eta_{e}$안테나의 효율성입니다.
D 안테나의 지향성입니다.
단위
이득의 단위는 decibels 또는 간단히 dB.
이전 장에서 논의 된 안테나 매개 변수 다음에 고려해야 할 또 다른 중요한 주제는 안테나의 근거리 장 및 원거리 장 영역입니다.
안테나에 더 가깝게 측정했을 때 방사 강도는 안테나에서 멀리 떨어져있는 것과 다릅니다. 안테나에서 멀리 떨어져 있지만 방사 강도가 여전히 높기 때문에 효과적인 것으로 간주됩니다.
니어 필드
안테나에 더 가까운 필드를 다음과 같이 부릅니다. near-field. 유도 효과가 있으므로 다음과 같이 알려져 있습니다.inductive field, 일부 방사선 성분이 있습니다.
원거리 필드
안테나에서 멀리 떨어진 필드는 다음과 같이 불립니다. far-field. 그것은 또한radiation field,이 지역에서 방사선 효과가 높기 때문입니다. 안테나 지향성 및 안테나의 방사 패턴과 함께 많은 안테나 매개 변수가이 영역에서만 고려됩니다.
필드 패턴
필드 분포는 필드 강도 측면에서 정량화 될 수 있으며 필드 패턴이라고합니다. 즉, 플롯 될 때 안테나에서 방출되는 전력은 전기장 E (v / m)로 표현됩니다. 따라서 다음과 같이 알려져 있습니다.field pattern. 전력 (W)으로 정량화하면 다음과 같이 알려져 있습니다.power pattern.
방사장 또는 전력의 그래픽 분포는
원거리 장에 대한 공간 각도 (θ, Ø).
근거리 장에 대한 공간 각도 (θ, Ø) 및 반경 거리 (r).
근거리 및 원거리 영역의 분포는 다이어그램을 통해 잘 이해할 수 있습니다.
필드 패턴은 다음과 같이 분류 할 수 있습니다.
반응성 니어 필드 영역과 방사 니어 필드 영역 – 둘 다 니어 필드라고합니다.
방사 원거리 영역 – 간단히 원거리 영역이라고합니다.
안테나에 매우 가까운 필드는 reactive near field 또는 non-radiative field방사선이 우세하지 않은 곳. 옆에있는 지역은 다음과 같이 불릴 수 있습니다.radiating near field 또는 Fresnel’s field 방사가 우세하고 각 필드 분포가 안테나로부터의 물리적 거리에 따라 달라집니다.
그 옆 지역은 radiating far-field부위. 이 영역에서 필드 분포는 안테나로부터의 거리와 무관합니다. 이 영역에서 효과적인 방사 패턴이 관찰됩니다.
방사는 안테나에서 파면의 방출 또는 수신을 나타내는 데 사용되는 용어로 강도를 지정합니다. 모든 그림에서 안테나의 방사를 나타 내기 위해 그려진 스케치는radiation pattern. 안테나의 방사 패턴을 보면 안테나의 기능과 지향성을 간단히 이해할 수 있습니다.
안테나에서 방사되는 전력은 근거리 및 원거리 영역에 영향을 미칩니다.
그래픽으로 방사선은 다음의 함수로 표시 될 수 있습니다. angular position 과 radial distance 안테나에서.
이것은 구면 좌표 E (θ, Ø) 및 H (θ, Ø)의 함수로 표시되는 안테나 방사 속성의 수학적 함수입니다.
방사선 패턴
안테나에서 방사되는 에너지는 Radiation pattern안테나의. 방사 패턴은 방향의 함수로서 복사 에너지가 공간으로 분포하는 것을 도식적으로 표현한 것입니다.
에너지 복사의 패턴을 살펴 보겠습니다.
위의 그림은 다이폴 안테나의 방사 패턴을 보여줍니다. 방사되는 에너지는 특정 방향으로 그려진 패턴으로 표현됩니다. 화살표는 방사선의 방향을 나타냅니다.
방사 패턴은 필드 패턴 또는 전력 패턴 일 수 있습니다.
그만큼 field patterns전기장과 자기장의 함수로 표시됩니다. 로그 스케일로 표시됩니다.
그만큼 power patterns전기장과 자기장 크기의 제곱 함수로 플로팅됩니다. 로그 또는 일반적으로 dB 스케일로 플로팅됩니다.
3D의 방사 패턴
방사 패턴은 3 차원 도형이며 구면 좌표계의 중심에서 원점을 가정하여 구면 좌표 (r, θ, Φ)로 표시됩니다. 다음 그림과 같습니다.
주어진 그림은 3 차원 방사 패턴입니다. Omni directional pattern. 이것은 세 좌표 (x, y, z)를 명확하게 나타냅니다.
2D의 방사 패턴
3 차원 패턴을 수평면과 수직면으로 나누어 2 차원 패턴을 얻을 수 있습니다. 이러한 결과 패턴은 다음과 같이 알려져 있습니다.Horizontal pattern 과 Vertical pattern 각기.
그림은 위에서 설명한 H 및 V 평면의 전 방향 방사 패턴을 보여줍니다. H면은 수평 패턴을 나타내고 V면은 수직 패턴을 나타냅니다.
로브 형성
방사 패턴의 표현에서 우리는 종종 다른 모양을 접하게되는데, 이는 주요 및 사소한 방사 영역을 나타냅니다. radiation efficiency 안테나의 알려진.
더 나은 이해를 위해 다이폴 안테나의 방사 패턴을 나타내는 다음 그림을 고려하십시오.
여기에서 방사 패턴에는 메인 로브, 사이드 로브 및 백 로브가 있습니다.
더 넓은 영역을 커버하는 복사 장의 주요 부분은 main lobe 또는 major lobe. 이것은 최대 복사 에너지가 존재하는 부분입니다. 이 로브의 방향은 안테나의 지향성을 나타냅니다.
방사선이 분산되는 패턴의 다른 부분은 side lobes 또는 minor lobes. 전력이 낭비되는 영역입니다.
메인 로브의 방향과 정확히 반대되는 다른 로브가 있습니다. 그것은back lobe, 또한 소엽입니다. 여기에서도 상당한 양의 에너지가 낭비됩니다.
예
레이더 시스템에 사용되는 안테나가 사이드 로브를 생성하면 표적 추적이 매우 어려워집니다. 이는 잘못된 타겟이 이러한 사이드 로브에 의해 표시되기 때문입니다. 진짜를 추적하고 가짜를 식별하는 것은 지저분합니다. 그 후,elimination 이들의 side lobes 성능을 향상시키고 에너지를 절약하려면 필수입니다.
치료제
이러한 형태로 낭비되고있는 방사 에너지를 활용해야합니다. 이러한 소엽이 제거되고이 에너지가 한 방향 (즉, 대엽을 향함)으로 전환되면directivity 안테나의 성능이 향상됩니다.
방사선 패턴의 유형
일반적인 유형의 방사선 패턴은 다음과 같습니다.
무 지향성 패턴 (비 방향성 패턴이라고도 함) : 패턴은 일반적으로 3 차원보기에서 도넛 모양을 갖습니다. 그러나 2 차원보기에서는 8 자형 패턴을 형성합니다.
연필 빔 패턴-빔에는 날카로운 방향성 연필 모양 패턴이 있습니다.
Fan-beam pattern-빔은 부채꼴 패턴을 가지고 있습니다.
Shaped beam pattern-불균일하고 패턴이없는 빔을 모양 빔이라고합니다.
이러한 모든 유형의 복사에 대한 참조 지점은 등방성 복사입니다. 비실용적이지만 등방성 복사를 고려하는 것이 중요합니다.
이전 장에서 우리는 방사 패턴을 살펴 보았습니다. 안테나 방사에 대한 더 나은 분석을 위해서는 기준점이 필요합니다. 등방성 안테나의 방사가이 공간을 채 웁니다.
정의
Isotropic radiation 측정 방향에 관계없이 동일한 강도로 모든 방향으로 균일하게 방사되는 점 광원의 복사입니다.
안테나의 방사 패턴 개선은 항상 해당 안테나의 등방성 방사를 사용하여 평가됩니다. 방사선이 모든 방향에서 동일하면 다음과 같이 알려져 있습니다.isotropic radiation.
포인트 소스는 등방성 라디에이터의 예입니다. 그러나 이러한 등방성 복사는 거의 불가능합니다. 모든 안테나는 어느 정도의 방향성을 가지고 에너지를 방출하기 때문입니다.
등방성 복사는 Omni-directional radiation.
3D로 보면 도넛 모양의 패턴이고 2D로 보면 8 자형 패턴입니다.
위에 주어진 그림은 등방성 또는 전 방향 패턴의 방사 패턴을 보여줍니다. 그림 1은 도넛 모양의 패턴을 3D로 보여주고 그림 2는 8 자형 패턴을 2D로 보여줍니다.
이득
등방성 라디에이터는 단일 이득을 가지며 이는 모든 방향에서 이득 계수가 1임을 의미합니다. dB로 0dB 게인 (무손실)이라고 할 수 있습니다.
등가 등방성 복사 전력
표준 정의에 따르면,“최대 안테나 이득 방향으로 관찰되는 최대 전력 밀도를 생성하기 위해 등방성 안테나가 방출하는 전력량을 다음과 같이 부릅니다. Equivalent Isotropic Radiated Power.”
안테나의 방사 에너지가 한쪽 또는 특정 방향에 집중되도록 만들어지면 방사가 해당 안테나의 등방성 복사 전력과 동일하면 이러한 복사를 EIRP 즉 등가 등방성 복사 전력이라고합니다.
이득
등방성 복사는 가상의 복사이지만 안테나가 줄 수있는 최선의 방법입니다. 이러한 안테나의 이득은 3dBi가 될 것입니다. 여기서 3dB는 2의 계수이고 'i'는 등방성 조건의 계수를 나타냅니다.
방사선이 특정 각도로 집중되면 EIRP가 안테나 이득과 함께 증가합니다. 안테나의 이득은 특정 방향으로 안테나를 집중시킴으로써 가장 잘 얻을 수 있습니다.
유효 방사 전력
등방성 안테나가 아니라 반파 쌍극자를 기준으로하여 방사 전력을 계산하면 다음과 같이 표현할 수 있습니다. ERP (Effective Radiated Power).
$$ERP(dBW) = EIRP(dBW) - 2.15dBi$$EIRP를 알고있는 경우 위의 공식에서 ERP를 계산할 수 있습니다.
이 장에서는 안테나의 방사 빔 매개 변수를 다룹니다. 이러한 매개 변수는 빔 사양을 파악하는 데 도움이됩니다.
빔 영역
표준 정의에 따르면 "빔 영역은 P (θ, Ø)가 Ω A 이상에서 최대 값을 유지하고 다른 곳에서는 0 인 경우 안테나에서 방사되는 모든 전력이 흐르는 입체각 입니다."
안테나의 방사 빔은 전력 방사 강도가 최대 인 솔리드 각도라고하는 안테나 각도에서 나옵니다. 이solid beam angle 로 불린다 beam area. 다음과 같이 표현됩니다.ΩA.
방사 강도 P (θ, Ø)는 솔리드 빔 각도 Ω A 전체에서 일정하고 최대로 유지되어야하며 그 값은 다른 곳에서는 0입니다.
$$Power\ radiated = P(\theta,\Phi)\Omega_{A} \:watts$$빔 각도는 메인 로브의 절반 파워 포인트 사이의 각도 집합입니다.
수학적 표현
빔 영역의 수학적 표현은 다음과 같습니다.
$$\Omega_{A} =\int_{0}^{2\pi}\int_{0}^{\pi}P_{\pi}(\theta,\Phi)d\Omega\ wattts$$ $$d\Omega = \sin\theta\ d\theta\ d\Phi\ watts$$어디
- $\Omega_{A}$ 솔리드 빔 각도입니다.
- $\theta$ 각도 위치의 함수입니다.
- $\Phi$ 방사형 거리의 함수입니다.
단위
빔 면적의 단위는 watts.
빔 효율성
표준 정의에 따르면“The beam efficiency 방사 된 전체 빔 영역에 대한 메인 빔의 빔 영역의 비율을 나타냅니다.”
안테나에서 방사되는 에너지는 안테나의 지향성에 따라 투사됩니다. 안테나가 더 많은 전력을 방출하는 방향은 최대 효율을 가지며 일부 에너지는 사이드 로브에서 손실됩니다. 최소 손실로 빔에 의해 방사되는 최대 에너지는 다음과 같이 불릴 수 있습니다.beam efficiency.
수학적 표현
빔 효율에 대한 수학적 표현은 다음과 같습니다.
$$\eta_{B} = \frac{\Omega_{MB}}{\Omega_{A}}$$어디,
- $\eta_{B}$ 빔 효율성입니다.
- $\Omega_{MB}$ 메인 빔의 빔 영역입니다.
- $\Omega_{A}$ 총 솔리드 빔 각도 (빔 영역)입니다.
안테나 분극
안테나는 우리의 요구 사항에 따라 편광 될 수 있습니다. 선형 편광 또는 원형 편광 일 수 있습니다. 안테나 편파의 유형은 수신 또는 전송시 빔의 패턴과 편파를 결정합니다.
선형 편광
웨이브가 전송되거나 수신 될 때 다른 방향으로 수행 될 수 있습니다. 그만큼linear polarization안테나의 다른 모든 방향을 피하면서 특정 방향으로 파동을 유지하는 데 도움이됩니다. 이 선형 분극이 사용되지만 전기장 벡터는 동일한 평면에 유지됩니다. 따라서이 선형 편광을 사용하여directivity 안테나의.
원형 편광
파동이 원형으로 편파 될 때, 전기장 벡터는 모든 구성 요소가 방향을 잃고 회전하는 것처럼 보입니다. 회전 모드도 때때로 다를 수 있습니다. 그러나circular polarization, 다중 경로의 효과가 감소하므로 다음과 같은 위성 통신에 사용됩니다. GPS.
수평 편광
수평 편광은 지구 표면의 반사가 영향을 미치기 때문에 파동을 약하게 만듭니다. 일반적으로 1GHz 미만의 저주파에서 약합니다.Horizontal polarization 전송에 사용됩니다 TV signals 더 나은 신호 대 잡음비를 달성합니다.
수직 편광
저주파 수직 편파는 지상파 전송에 유리합니다. 이것들은 수평 편광과 같은 표면 반사의 영향을받지 않습니다. 따라서vertical polarization 사용됩니다 mobile communications.
각 유형의 편광에는 고유 한 장단점이 있습니다. RF 시스템 설계자는 시스템 요구 사항에 따라 편파 유형을 자유롭게 선택할 수 있습니다.
이 장에서는 안테나 방사 패턴의 또 다른 중요한 요소 인 beam width. 안테나의 방사 패턴에서 메인 로브는 안테나에 의해 방사되는 최대 및 일정한 에너지가 흐르는 안테나의 메인 빔입니다.
Beam width대부분의 전력이 방출되는 조리개 각도입니다. 이 빔 폭의 두 가지 주요 고려 사항은 Half Power Beam Width입니다.(HPBW) 및 첫 번째 널 빔 폭 (FNBW).
하프 파워 빔 폭
표준 정의에 따르면“방사선 패턴의 크기가 메인 빔의 피크에서 50 % (또는 -3dB) 감소하는 각도 분리는 Half Power Beam Width.”
즉, 빔 폭은 대부분의 전력이 방사되는 영역으로, 피크 전력입니다. Half power beam width 안테나의 유효 방사장에서 상대 전력이 피크 전력의 50 % 이상인 각도입니다.
HPBW의 표시
방사 패턴의 원점과 메이저 로브의 절반 파워 포인트 (양측) 사이에 선을 그릴 때이 두 벡터 사이의 각도는 다음과 같습니다. HPBW, 절반 파워 빔 폭. 이것은 다음 다이어그램의 도움으로 잘 이해할 수 있습니다.
이 그림은 메이저 로브와 HPBW의 반 전력 포인트를 보여줍니다.
수학적 표현
반 파워 빔 폭에 대한 수학 식은 다음과 같습니다.
$$Half\: power\: Beam \:with=70\lambda_{/D} $$어디
$\lambda$ 파장 (λ = 0.3 / 주파수)입니다.
D 지름입니다.
단위
HPBW의 단위는 radians 또는 degrees.
첫 번째 널 빔 폭
표준 정의에 따르면“메인 로브에 인접한 첫 번째 패턴 널 사이의 각도 스팬을 First Null Beam Width.”
간단히 말해서, FNBW는 각도 분리로, 메인 빔에서 떨어져 인용되며, 메인 빔에서 방사 패턴의 널 지점 사이에 그려집니다.
FNBW의 표시
방사 패턴의 원점에서 시작하여 메인 빔에 접하는 양면에 접선을 그립니다. 이 두 접선 사이의 각도를 First Null Beam Width라고합니다.(FNBW).
이것은 다음 다이어그램의 도움으로 더 잘 이해할 수 있습니다.
위의 이미지는 마이너 및 메이저 로브와 함께 방사 패턴으로 표시된 하프 파워 빔 폭과 첫 번째 널 빔 폭을 보여줍니다.
수학적 표현
First Null Beam Width의 수학적 표현은 다음과 같습니다.
$$FNBW = 2 HPBW$$ $$FNBW\:2\left ( 70\lambda/D \right )\:=140\lambda/D$$어디
- $\lambda$ 파장 (λ = 0.3 / 주파수)입니다.
- D는 지름입니다.
단위
FNBW의 단위는 radians 또는 degrees.
유효 길이 및 유효 면적
안테나 매개 변수 중에서 유효 길이와 유효 면적도 중요합니다. 이러한 매개 변수는 안테나의 성능을 파악하는 데 도움이됩니다.
유효 길이
안테나 유효 길이는 안테나의 편파 효율을 결정하는 데 사용됩니다.
Definition−“ Effective length 이것은 안테나 편파의 동일한 방향에서 수신 안테나의 개방 단자에서 전압 크기와 입사 파면의 전계 강도 크기의 비율입니다.”
입사 파가 안테나의 입력 단자에 도착하면이 파동은 어느 정도의 전계 강도를 가지며 그 크기는 안테나의 편파에 따라 달라집니다. 이 분극은 수신기 단자의 전압 크기와 일치해야합니다.
수학적 표현
유효 길이에 대한 수학적 표현은 다음과 같습니다.
$$l_{e} = \frac{V_{oc}}{E_{i}}$$어디
$l_{e}$ 유효 길이입니다.
$V_{oc}$ 개방 회로 전압입니다.
$E_{i}$ 입사 파의 전계 강도입니다.
유효 면적
Definition −“Effective area 수신 안테나의 면적은 들어오는 파면에서 대부분의 전력을 흡수하여 파면에 노출되는 안테나의 전체 면적입니다.”
수신하는 동안 안테나의 전체 영역은 들어오는 전자기파에 직면하지만 안테나의 일부만 수신합니다. effective area.
파동의 일부는 산란되고 일부는 열로 소산되기 때문에 수신 된 파면의 일부만 사용됩니다. 따라서 손실을 고려하지 않고 실제 영역에서 얻은 최대 전력을 활용하는 영역을 다음과 같이 표현할 수 있습니다.effective area.
유효 면적은 $A_{eff}$.
안테나는 송신 안테나와 수신 안테나 모두로 사용할 수 있습니다. 이를 사용하는 동안 안테나의 작동 모드가 변경됨에 따라 안테나의 속성이 변경 될 수 있는지 여부에 대한 질문을받을 수 있습니다. 다행히도 우리는 그것에 대해 걱정할 필요가 없습니다. 안테나의 속성이 변하지 않는 것을reciprocity.
호혜성 아래의 속성
상호성을 나타내는 송수신 안테나의 특성은 다음과 같습니다.
- 방향성 패턴의 동등성.
- 지시의 평등.
- 유효 길이의 동일.
- 안테나 임피던스의 평등.
이것이 어떻게 구현되는지 봅시다.
방향 패턴의 동일
그만큼 radiation pattern 수신 안테나 2로 전송하는 송신 안테나 1의 수는 신호를 송신하고 안테나 1이 신호를 수신하면 안테나 2의 방사 패턴과 동일합니다.
지시의 평등
Directivity 두 경우 모두 지향성 값이 동일하면 송신 및 수신 안테나 모두 동일합니다. 즉, 송신 안테나의 전력에서 계산 되든 수신 안테나의 전력에서 계산 되든 지향성은 동일합니다.
유효 길이의 동일
최대 유효 구경의 값은 송신 및 수신 안테나 모두에서 동일합니다. Equality 에 lengths 송신 및 수신 안테나 모두 파장의 값에 따라 유지됩니다.
안테나 임피던스의 평등
송신 안테나의 출력 임피던스와 수신 안테나의 입력 임피던스는 효과적인 통신에서 동일합니다.
이러한 속성은 동일한 안테나가 송신기 또는 수신기로 작동하더라도 변경되지 않습니다. 따라서property of reciprocity 다음과 같습니다.
안테나는 정보를 전송하거나 수신하기 위해 전자기 에너지를 방출합니다. 따라서 용어Energy 과 Power이러한 전자기파와 관련이 있으며 우리는 그것들을 논의해야합니다. 전자기파는 전기장과 자기장을 모두 가지고 있습니다.
두 벡터 모두에서 볼 수있는 어떤 순간의 파동을 고려하십시오. 다음 그림은 전자기파의 전기장 및 자기장 구성 요소를 보여줍니다.
전파는 EM 파의 전파에 수직으로 존재하고 자기 파는 수평으로 위치합니다. 두 필드는 서로 직각을 이룹니다.
포인팅 벡터
포인팅 벡터는 주어진 시간에 단위 면적당 단위 시간당 EM 파의 에너지를 나타냅니다. John Henry Poynting 이 벡터는 1884 년에 처음으로 파생되었으므로 그의 이름을 따서 명명되었습니다.
Definition − "Poynting vector는 단위 면적당 에너지 전달률을 나타냅니다."
또는
"파동이 단위 면적당 단위 시간당 운반하는 에너지는 Poynting 벡터에 의해 제공됩니다."
포인팅 벡터는 다음과 같이 표현됩니다. Ŝ.
단위
Poynting 벡터의 SI 단위는 W/m2.
수학적 표현
전자파와 관련된 전력을 설명하는 데 사용되는 양은 순간적입니다. Poynting vector, 이는 다음과 같이 정의됩니다.
$$\hat{S} = \hat{E} \times \hat{H}$$어디
$\hat{S}$ 즉석 포인팅 벡터입니다. (W/m2).
$\hat{E}$ 순간 전계 강도 (V/m).
$\hat{H}$ 순간 자기장 강도 (A/m).
여기서 주목해야 할 중요한 점은 E의 크기가 EM 파 내에서 H보다 크다는 것입니다. 그러나 둘 다 같은 양의 에너지를 제공합니다. Ŝ는 방향과 크기가 모두있는 벡터입니다. Ŝ의 방향은 파동의 속도와 같습니다. 그 크기는 E와 H에 따라 다릅니다.
포인팅 벡터 유도
To have a clear idea on Poynting vector, let us go through the derivation of this Poynting vector, in a step-by-step process.
Let us imagine that an EM Wave, passes an area (A) perpendicular to the X-axis along which the wave travels. While passing through A, in infinitesimal time (dt), the wave travels a distance (dx).
$$dx = C\ dt$$Where
$$C = velocity\ of\ light = 3\times 10^{8}m/s$$ $$volume, dv = Adx = AC\ dt$$ $$d\mu = \mu\ dv = (\epsilon_{0}E^{2})(AC\ dt)$$ $$= \epsilon_{0} AC \ E^{2}\ dt$$Therefore, Energy transferred in time (dt) per area (A) is −
$$S = \frac{Energy}{Time\times Area} = \frac{dW}{dt\ A} = \frac{\epsilon_{0}ACE^{2}\ dt}{dt\ A} = \epsilon_{0}C\:E^{2}$$Since
$$\frac{E}{H} = \sqrt{\frac{\mu_{0}}{\epsilon_{0}}} \ then\ S= \frac{CB^{2}}{\mu_{0}}$$Since
$$C = \frac{E}{H} \ then \ S = \frac{EB}{\mu_{0}}$$ $$= \hat{S} = \frac{1}{\mu_{0}}(\hat{E}\hat{H})$$Ŝ denotes the Poynting vector.
The above equation gives us the energy per unit time, per unit area at any given instant of time, which is called as Poynting vector.
Antennas have to be classified to understand their physical structure and functionality more clearly. There are many types of antennas depending upon the applications applications.
Type of antenna | Examples | Applications |
---|---|---|
Wire Antennas | Dipole antenna, Monopole antenna, Helix antenna, Loop antenna | Personal applications, buildings, ships, automobiles, space crafts |
Aperture Antennas | Waveguide (opening), Horn antenna | Flush-mounted applications, air-craft, space craft |
Reflector Antennas | Parabolic reflectors, Corner reflectors | Microwave communication, satellite tracking, radio astronomy |
Lens Antennas | Convex-plane, Concave-plane, Convex-convex, Concaveconcave lenses | Used for very highfrequency applications |
Micro strip Antennas | Circular-shaped, Rectangularshaped metallic patch above the ground plane | Air-craft, space-craft, satellites, missiles, cars, mobile phones etc. |
Array Antennas | Yagi-Uda antenna, Micro strip patch array, Aperture array, Slotted wave guide array | Used for very high gain applications, mostly when needs to control the radiation pattern |
Let us discuss the above-mentioned types of antennas in detail, in the coming chapters.
Wire antennas are the basic types of antennas. These are well known and widely used antennas. To have a better idea of these wire antennas, first let us have a look at the transmission lines.
Transmission Lines
The wire or the transmission line has some power, which travels from one end to the other end. If both the ends of transmission line are connected to circuits, then the information will be transmitted or received using this wire between these two circuits.
If one end of this wire is not connected, then the power in it tries to escape. This leads to wireless communication. If one end of the wire is bent, then the energy tries to escape from the transmission line, more effectively than before. This purposeful escape is known as Radiation.
For the radiation to take place effectively, the impedance of the open end of the transmission line should match with the impedance of the free-space. Consider a transmission line of a quarter-wave length size. The far end of it is kept open and bent to provide high impedance. This acts as a half-wave dipole antenna. Already, it has low impedance at one end of the transmission line. The open end, which has high impedance, matches with the impedance of free space to provide better radiation.
Dipole
The radiation of energy when done through such a bent wire, the end of such transmission line is termed as dipole or dipole antenna.
The reactance of the input impedance is a function of the radius and length of the dipole. The smaller the radius, the larger the amplitude of the reactance. It is proportional to the wavelength. Hence, the length and radius of the dipole should also be taken into consideration. Normally, its impedance is around 72Ω.
이것은 다음 그림의 도움으로 더 잘 이해됩니다.
그림은 전송 라인에 연결된 일반 쌍극자의 회로도를 보여줍니다. 쌍극자의 전류는 중앙에서 최대이고 끝에서 최소입니다. 전압은 중앙에서 최소이고 끝에서 최대입니다.
와이어 안테나의 유형에는 반파 쌍극, 반파 접힌 쌍극, 전파 쌍극, 단극 쌍극 및 극소 쌍극이 있습니다. 이 모든 안테나는 다음 장에서 설명합니다.
다이폴 안테나는 효과적인 방사를 위해 잘리고 구부러져 있습니다. 쌍극자로 사용되는 전체 와이어의 길이는 파장의 절반과 같습니다 (즉, l = λ / 2). 이러한 안테나를half-wave dipole antenna. 이것은 장점 때문에 가장 널리 사용되는 안테나입니다. 그것은 또한 알려져 있습니다Hertz antenna.
주파수 범위
반파 쌍극자가 작동하는 주파수 범위는 약 3KHz ~ 300GHz입니다. 이것은 주로 라디오 수신기에 사용됩니다.
반파 다이폴의 구성 및 작동
작동 주파수가 다음과 같은 일반적인 다이폴 안테나입니다. half of its wavelength. 따라서 반파 다이폴 안테나라고합니다.
쌍극자의 가장자리에는 최대 전압이 있습니다. 이 전압은 본질적으로 교류 (AC)입니다. 전압의 양의 피크에서 전자는 한 방향으로 이동하는 경향이 있고 음의 피크에서 전자는 다른 방향으로 이동하는 경향이 있습니다. 이것은 아래 주어진 그림으로 설명 할 수 있습니다.
위에 주어진 그림은 반파 쌍극자의 작동을 보여줍니다.
그림 1은 유도 된 전하가 양의 반주기에있을 때 쌍극자를 보여줍니다. 이제 전자는 전하쪽으로 이동하는 경향이 있습니다.
그림 2는 음전하가 유도 된 쌍극자를 보여줍니다. 여기에서 전자는 쌍극자에서 멀어지는 경향이 있습니다.
그림 3은 다음 양의 반주기를 가진 쌍극자를 보여줍니다. 따라서 전자는 다시 전하쪽으로 이동합니다.
이것의 누적 효과는 동일한 패턴으로 방사되는 다양한 전계 효과를 생성합니다. 따라서 출력은 출력 전압 패턴의주기를 따르는 효과적인 방사가됩니다. 따라서 반파 쌍극자는radiates effectively.
위 그림은 반파 쌍극자의 전류 분포를 보여줍니다. 반파 쌍극자의 지향성은 2.15dBi로 합리적으로 좋습니다. 여기서 'i'는 등방성 복사를 나타냅니다.
방사선 패턴
이 반파 쌍극자의 방사 패턴은 Omni-directionalH- 평면에서. 이동 통신, 무선 수신기 등과 같은 많은 애플리케이션에 바람직합니다.
위 그림은 H면과 V면 모두에서 반파 쌍극자의 방사 패턴을 나타냅니다.
이 쌍극자의 길이는 반파이고 첫 번째 공진 길이이기 때문에 쌍극자의 반경은이 반파 쌍극자의 입력 임피던스에 영향을주지 않습니다. 안테나는resonant frequency, 공진 길이에서 발생합니다.
장점
다음은 반파 다이폴 안테나의 장점입니다.
입력 임피던스는 민감하지 않습니다.
전송선 임피던스와 잘 어울립니다.
적당한 길이가 있습니다.
안테나의 길이는 크기 및 지향성과 일치합니다.
단점
다음은 반파 다이폴 안테나의 단점입니다.
단일 요소로 인해 그다지 효과적이지 않습니다.
조합을 통해서만 더 잘 작동 할 수 있습니다.
응용
라디오 수신기에 사용됩니다.
텔레비전 수신기에 사용됩니다.
다른 사람과 함께 사용할 때 다양한 용도로 사용됩니다.
다음은 반파 다이폴 안테나의 응용 프로그램입니다.
접힌 쌍극자는 양쪽에 두 개의 도체가 연결된 안테나로, 접혀서 원통형의 닫힌 모양을 형성하며 중앙에서 피드가 제공됩니다. 쌍극자의 길이는 파장의 절반입니다. 따라서 다음과 같이 호출됩니다.half wave folded dipole antenna.
주파수 범위
반파 접힌 쌍극자가 작동하는 주파수 범위는 약 3KHz ~ 300GHz입니다. 이것은 주로 텔레비전 수신기에 사용됩니다.
Half-wave Folded Dipole의 구성 및 작동
이 안테나는 일반적으로 어레이 유형 안테나와 함께 사용되어 피드 저항을 증가시킵니다. 가장 일반적으로 사용되는 것은 Yagi-Uda 안테나입니다. 다음 그림은 반파 접힌 다이폴 안테나를 보여줍니다.
이 안테나는 이전 다이폴 안테나와 비교할 때 추가 전도 요소 (와이어 또는 막대)를 사용합니다. 이것은 안테나의 배열 유형에 절연체를 사이에두고 병렬로 전도 요소를 거의 배치하지 않음으로써 계속됩니다.
다음 그림은 여기가 제공 될 때 반파 접힌 다이폴 안테나의 작동을 설명합니다.
주 도체와 접힌 쌍극자의 직경이 같으면 안테나의 급전 임피던스가 4 개 (제곱 1의 2 배) 증가합니다. 이러한 급전 임피던스의 증가는 접힌 다이폴 안테나를 널리 사용하는 주된 이유입니다. 트윈 리드로 인해 임피던스는 약 300Ω이됩니다.
방사선 패턴
반파 접힌 다이폴의 방사 패턴은 반파 다이폴 안테나의 방사 패턴과 동일합니다. 다음 그림은 반파 접힌 다이폴 안테나의 방사 패턴을 보여줍니다.Omni-directional 무늬.
반파 접힌 다이폴 안테나는 최적의 전력 전송이 필요하고 큰 임피던스가 필요한 곳에 사용됩니다.
이 접힌 쌍극자는 Yagi-Uda antenna. 다음 그림은Yagi-Uda antenna, 우리는 나중에 공부할 것입니다. 여기서 사용되는 주요 요소는 안테나 피드가 제공되는 접힌 쌍극자입니다. 이 안테나는 지난 수십 년 동안 텔레비전 수신에 광범위하게 사용되었습니다.
장점
다음은 반파 접힌 다이폴 안테나의 장점입니다.
균형 잡힌 신호 수신.
품질을 잃지 않고 주파수 대역에서 특정 신호를 수신합니다.
접힌 쌍극자는 신호 강도를 최대화합니다.
단점
다음은 반파 접힌 다이폴 안테나의 단점입니다.
안테나의 변위 및 조정은 번거 롭습니다.
안테나 크기가 커지면 실외 관리가 어려울 수 있습니다.
응용
다음은 반파 접힌 다이폴 안테나의 응용 프로그램입니다.
주로 야기 안테나, 파라볼 릭 안테나, 회전식 안테나, 로그주기 안테나, 위상 및 반사기 어레이 등의 피더 요소로 사용됩니다.
일반적으로 라디오 수신기에 사용됩니다.
TV 수신기 안테나에서 가장 일반적으로 사용됩니다.
쌍극자의 길이, 즉 전체 와이어가 전체 파장과 같은 경우 λ, 그러면 다음과 같이 호출됩니다. full wave dipole. 전파 장 쌍극자가 전송 또는 수신에 사용되는 경우 복사가 어떻게 될지 살펴 보겠습니다.
전파 다이폴의 구성 및 작동
전압 및 전류 분포가있는 전파 쌍극자가 여기에 표시됩니다. 파동의 포지티브 및 네거티브 피크는 각각 포지티브 및 네거티브 전압을 유도합니다. 그러나 유도 전압이 서로 상쇄되기 때문에 방사선에 대한 의문이 없습니다.
위 그림은 길이가 다음과 같은 전파 쌍극자의 전압 분포를 보여줍니다. λ. 두 개의 반파 쌍극자가 결합되어 전파 쌍극자를 만드는 것이 보입니다.
양전하와 음전하를 동시에 유도 할 때 전압 패턴은 그림과 같이 서로 상쇄됩니다. 유도 전하는 취소되기 때문에 더 이상 방사선을 시도하지 않습니다. 전파 전송 쌍극자의 경우 출력 방사는 0이됩니다.
방사선 패턴
방사 패턴, 지향성 및 이득이 없기 때문에 전파 쌍극자는 안테나로 거의 사용되지 않습니다. 즉, 안테나는 방사되지만 약간의 열 방출 일 뿐이며 전력 낭비입니다.
단점
다음은 전파 다이폴 안테나의 단점입니다.
- 열 분산
- 권력의 낭비
- 방사 패턴 없음
- 방향성과 이득 없음
이러한 단점으로 인해 전파 쌍극자는 거의 사용되지 않습니다.
ㅏ short dipole간단한 와이어 안테나입니다. 한쪽 끝은 개방 회로이고 다른 쪽 끝은 AC 전원으로 공급됩니다. 이 쌍극자는 길이 때문에 그 이름을 얻었습니다.
주파수 범위
짧은 쌍극자가 작동하는 주파수 범위는 약 3KHz ~ 30MHz입니다. 이것은 주로 저주파 수신기에 사용됩니다.
짧은 쌍극자의 구성 및 작동
그만큼 Short dipole와이어 길이가 파장보다 짧은 다이폴 안테나입니다. 한쪽 끝에는 전압원이 연결되고 쌍극자 모양이 만들어집니다. 즉, 선이 다른 쪽 끝에서 종료됩니다.
길이가 L 인 짧은 쌍극자의 회로도가 표시됩니다. 안테나의 실제 크기는 중요하지 않습니다. 안테나로 연결되는 와이어는 파장의 1/10 미만이어야합니다. 그건
$$L < \frac{\lambda}{10}$$어디
L 짧은 쌍극자의 와이어 길이입니다.
λ 파장입니다.
짧은 쌍극자의 또 다른 유형은 길이가 파장보다 훨씬 짧은 무한한 쌍극자입니다. 그것의 구성은 그것과 유사하지만 축전 기판을 사용합니다.
무한한 쌍극자
길이가 파장보다 훨씬 짧은 쌍극자는 infitesimal dipole. 이 안테나는 실제로 비실용적입니다. 여기서 쌍극자의 길이는 파장의 50 분의 1도되지 않습니다.
쌍극자의 길이, Δl << λ. 여기서 λ는 파장입니다.
$$\Delta l = \frac{\lambda}{50}$$따라서 이것은 이름에서 알 수 있듯이 무한히 작은 쌍극자입니다.
이 쌍극자의 길이가 매우 작기 때문에 전선의 전류 흐름은 dI가됩니다. 이 와이어는 일반적으로 낮은 상호 결합이 필요한 양쪽의 커패시터 플레이트와 함께 사용됩니다. 커패시터 플레이트 때문에 전류의 균일 한 분포가 존재한다고 말할 수 있습니다. 따라서 전류는 여기서 0이 아닙니다.
커패시터 플레이트는 단순히 도체 또는 전선 등가물 일 수 있습니다. 방사형 전류에 의해 방사되는 필드는 원거리 필드에서 서로 상쇄되는 경향이 있으므로 커패시터 플레이트 안테나의 원거리 필드는 극소 쌍극자에 의해 근사화 될 수 있습니다.
방사선 패턴
짧은 쌍극자와 극소 쌍극자의 방사 패턴은 반파 쌍극자와 유사합니다. 쌍극자가 수직이면 패턴은 원형이됩니다. 방사 패턴은 "figure of eight”패턴, 2 차원 패턴으로 볼 때.
다음 그림은 짧은 다이폴 안테나의 방사 패턴을 보여줍니다. omni-directional pattern.
장점
다음은 짧은 다이폴 안테나의 장점입니다.
작은 크기로 인한 시공 용이성
전력 손실 효율이 더 높습니다.
단점
다음은 짧은 다이폴 안테나의 단점입니다.
- 높은 저항 손실
- 높은 전력 손실
- 낮은 신호 대 잡음비
- 방사선이 낮다
- 그렇게 효율적이지 않음
응용
다음은 짧은 다이폴 안테나의 응용 프로그램입니다.
- 협 대역 애플리케이션에 사용됩니다.
- 튜너 회로의 안테나로 사용됩니다.
이 장에서는 널리 사용되고 가장 널리 사용되는 단선 안테나에 대해 설명했습니다. 다음 장에서 장선 안테나에 대해 논의 할 것입니다.
우리는 다양한 유형의 단선 안테나를 살펴 보았습니다. 이제 긴 와이어 안테나를 살펴 보겠습니다. 그만큼long wire antennas여러 쌍극자를 사용하여 형성됩니다. 이러한 유형의 안테나에서 와이어 길이는n 타임스 λ/2
$$L = n \ \lambda/2$$어디,
L 안테나의 길이,
n 요소의 수,
λ 파장입니다
'n'이 증가하면 방향 속성도 증가합니다.
장선 안테나의 유형
긴 와이어 안테나는 두 가지 유형으로 나뉩니다. Resonant Antennas 과 Non-resonant Antennas.
공진 안테나
공진 안테나는 특정 주파수에서 안테나가 방사 전력의 날카로운 피크를 가로 채서 정재파를 형성하는 안테나입니다. 방 사파의 방사 패턴은 이러한 유형의 안테나에서 부하 임피던스와 일치하지 않습니다.
공진 안테나는 본질적으로 주기적입니다. 방 사파가 두 방향으로 이동하기 때문에 양방향 진행파 안테나라고도합니다. 즉, 여기서 입사 파와 반사파가 모두 발생합니다. 이 안테나에서 안테나의 길이와 주파수는 서로 비례합니다.
비 공진 안테나
비 공진 안테나는 공진 주파수가 발생하지 않는 안테나입니다. 파동은 정방향으로 이동하므로 정상파를 형성하지 않습니다. 방 사파의 방사 패턴은 비 공진 안테나의 부하 임피던스와 일치합니다.
이러한 비 공진 안테나는 본질적으로 비 주기적입니다. 방 사파가 정방향으로 만 이동하므로 입사 파 만 존재하므로 단방향 진행파 안테나라고도합니다. 주파수가 증가하면 안테나 길이가 감소하고 그 반대의 경우도 마찬가지입니다. 따라서 빈도와 길이는 서로 반비례합니다.
이 긴 와이어 안테나는 V 자형 안테나 또는 마름 모형 안테나의 구성을위한 기본 요소입니다.
긴 와이어 안테나의 더 나은 버전은 V-Antenna. 이 안테나는 긴 와이어를 V 자 모양으로 배열하여 구성됩니다. 끝 와이어를 다리라고합니다. 이 안테나는 양방향 공진 안테나입니다.
주파수 범위
V- 안테나의 작동 주파수 범위는 3 to 30 MHz. 이 안테나는 고주파수 범위에서 작동합니다.
V- 안테나의 건설 및 작업
두 개의 긴 전선이 V 자 모양으로 연결되어 V-antenna. 두 개의 긴 와이어는 180˚ 위상차로 여기됩니다. 이러한 전선의 길이가 증가하면 이득과 지향성도 증가합니다.
다음 그림에서와 각도 Φ 메이커 전송선 임피던스 (Z)와 V-안테나 와이어 λ / 2의 lengh, m 라고한다 축선을 가진apex angle.
그만큼 gainV- 안테나에 의해 달성되는 것은 일반 단일 긴 와이어 안테나보다 높습니다. 이 V- 형성의 이득은nearly twice길이가 V- 안테나의 다리와 같은 단일 긴 와이어 안테나와 비교됩니다. 넓은 범위의 방사를 달성하려면 각 레그의 λ / 2 수 측면에서 정점 각도가 더 높은 주파수와 더 낮은 주파수 사이의 평균 값을 가져야합니다.
방사선 패턴
V- 안테나의 방사 패턴은 다음과 같습니다. bi-directional. 각 전송 라인에서 얻은 방사선은 결과적인 방사선 패턴을 얻기 위해 추가됩니다. 이것은 다음 그림에서 잘 설명됩니다.
그림은 V- 안테나의 방사 패턴을 보여줍니다. V 패턴을 형성하는 두 개의 전송선은 AA '와 BB'입니다. 개별 전송선의 패턴과 결과 패턴이 그림에 나와 있습니다. 결과 패턴이 축을 따라 표시됩니다. 이 패턴은broad-side array.
이 안테나에 다른 V- 안테나를 추가하고 90˚ 위상차를 공급하면 결과 패턴은 다음과 같습니다. end-fire, 전력 이득을 두 배로 늘리십시오. V- 안테나 어레이를 추가하면 지향성이 더욱 높아집니다.
장점
다음은 V- 안테나의 장점입니다.
- 건설은 간단합니다
- 높은 이득
- 낮은 제조 비용
단점
다음은 V- 안테나의 단점입니다.
- 정재파가 형성됨
- 발생한 소엽도 강하다
- 고정 주파수 작동에만 사용
응용
다음은 V- 안테나의 응용입니다.
- 상업적 목적으로 사용
- 무선 통신에 사용
이전 장에서 우리는 V- 안테나를 연구했습니다. 작동 주파수는 제한되어 있습니다. 이것은 비 공진 안테나 또는 진행파 안테나 인 다른 안테나를 사용하여 수정할 수 있습니다. 진행파 안테나는 앞에서 설명한 것처럼 정재파를 생성하지 않습니다.
주파수 범위
반전 된 V 안테나 (또는 V- 안테나)의 작동 주파수 범위는 3 to 30 MHz. 이 안테나는 고주파수 범위에서 작동합니다.
Inverted V-Antenna의 구성 및 작동
고주파 대역에서 사용되는 진행파 안테나는 inverted V-antenna. 이 역 V- 안테나는 비전 도성 마스트에 쉽게 설치할 수 있습니다.
다음 이미지를 살펴보십시오. 그것은 옥상에 장착 된 반전 된 V- 안테나를 보여줍니다.
반전 된 V- 안테나의 최대 방사는 그 중심에 있습니다. 반파 다이폴 안테나와 유사합니다. 안테나는 두 개의 전송선 또는 다리가지면을 향해 구부러져 서로 120 ° 또는 90 ° 각도를 이루는 반전 된 V 모양으로 배치됩니다. 안테나의 중심은 λ / 4보다 높지 않아야합니다.
안테나 축과 다리 중 하나가 만드는 각도는 tilt angle 그리고 다음으로 표시됩니다. θ.
방사선 패턴
반전 된 V- 안테나의 방사 패턴은 다음과 같습니다. uni-directional pattern, 여기에는 정상파가 형성되지 않습니다. 아래에 표시된 방사 패턴으로 명확하게 이해할 수 있습니다.
그림은 반전 된 V- 안테나의 방사 패턴을 보여줍니다. 위 그림에서 기울기 각도가 120˚ 및 90˚ 일 때 필드와 함께 1 차 복사 필드가 표시됩니다. 안테나 배열을 통해 이득과 지향성이 향상됩니다.
장점
다음은 반전 된 V- 안테나의 장점입니다.
수평 위치를 덜 차지함
정재파가 형성되지 않음
높은 이득
단점
다음은 반전 된 V- 안테나의 단점입니다.
원하지 않는 작은 엽이 상당히 있습니다.
마이너 로브는 수평으로 편광 된 파동을 생성합니다.
응용
다음은 반전 된 V- 안테나의 응용입니다.
튜닝 된 회로 애플리케이션에 사용
무선 통신에 사용
상업용 애플리케이션에 사용
V- 안테나와 반전 된 V- 안테나 다음으로 중요한 또 다른 긴 와이어 안테나는 Rhombic antenna. 두 개의 V- 안테나의 조합입니다. 이에 대해서는 다음 장에서 설명합니다.
그만큼 Rhombic Antenna등변 평행 사변형 안테나입니다. 일반적으로 두 개의 반대 예각이 있습니다. 틸트 각도 θ는 대략 90 °에서 메이저 로브 각도를 뺀 것과 같습니다. 마름모꼴 안테나는 진행파 라디에이터의 원리로 작동합니다. 그것은 마름모 또는 다이아몬드 모양의 형태로 배열되고 지구 표면 위에 수평으로 매달려 있습니다.
주파수 범위
Rhombic 안테나의 작동 주파수 범위는 3MHz to 300MHz. 이 안테나는HF 과 VHF 범위.
마름모꼴 안테나의 구성
마름모꼴 안테나는 둔각을 형성하기 위해 종단 간 연결된 두 개의 V 자형 안테나로 간주 할 수 있습니다. 단순성과 시공의 용이성으로 인해 많은 용도로 사용됩니다.
HF 송수신에서
상업용 지점 간 통신
마름모꼴 안테나의 구조는 그림과 같이 마름모 형태입니다.
마름모의 양면은 2 선식 전송선의 도체로 간주됩니다. 이 시스템이 적절하게 설계되면 방사선의 주축을 따라 방사선이 집중됩니다. 실제로 전력의 절반은 안테나의 종단 저항으로 소멸됩니다. 나머지 전력은 방출됩니다. 낭비되는 전력은 마이너 로브에 기여합니다.
그림 1은 rhombic antenna옛날에는 지점 간 통신을 위해. 그림 2는rhombic UHF antenna 요즘 사용되는 TV 수신을 위해.
마름모꼴 안테나에서 얻을 수있는 최대 이득은 주축 방향을 따르며, 피드 포인트를 통과하여 자유 공간에서 종료됩니다. 수평 마름모 안테나에서 얻은 편파는 수평 인 마름모 평면에 있습니다.
방사선 패턴
마름모꼴 안테나의 방사 패턴은 다음 그림에 나와 있습니다. 결과 패턴은 안테나의 4 개 다리 모두에서 방사의 누적 효과입니다. 이 패턴은uni-directional, 종단 저항을 제거하여 양방향으로 만들 수 있습니다.
마름모꼴 안테나의 주요 단점은 메인 로브와 결합하지 않는 복사 부분이 수평 및 수직 편파를 모두 갖는 상당한 사이드 로브를 생성한다는 것입니다.
장점
다음은 Rhombic 안테나의 장점입니다.
입력 임피던스와 방사 패턴은 상대적으로 일정합니다.
여러 개의 마름모 안테나를 연결할 수 있습니다.
간단하고 효과적인 전송
단점
다음은 Rhombic 안테나의 단점입니다-
종단 저항의 전력 낭비
넓은 공간 요구
전송 효율 감소
응용
다음은 마름모꼴 안테나의 응용 프로그램입니다-
HF 통신에 사용
장거리 하늘 파 전파에 사용
지점 간 통신에 사용
긴 와이어를 사용하는 또 다른 방법은 와이어를 구부리고 루프 모양의 패턴으로 만들고 방사 매개 변수를 관찰하는 것입니다. 이러한 유형의 안테나는loop antennas.
RF 전류 운반 코일은 루프로 한 번 회전하며 다음과 같은 안테나로 사용할 수 있습니다. loop antenna. 이 루프 안테나를 통과하는 전류는 동 위상입니다. 자기장은 전류를 전달하는 전체 루프에 수직입니다.
주파수 범위
루프 안테나의 작동 주파수 범위는 300MHz to 3GHz. 이 안테나는UHF 범위.
루프 안테나의 구성 및 작동
루프 안테나는 무선 주파수 전류를 전달하는 코일입니다. 설계자의 편의에 따라 원형, 직사각형, 삼각형, 정사각형, 육각형 등 어떤 형태도 가능합니다.
루프 안테나는 두 가지 유형이 있습니다.
- 대형 루프 안테나
- 소형 루프 안테나
대형 루프 안테나
대형 루프 안테나는 resonant antennas. 방사선 효율이 높습니다. 이 안테나의 길이는 의도 한 파장과 거의 같습니다.
$$L =\lambda$$어디,
L 안테나의 길이
λ 파장입니다
이 안테나의 주요 매개 변수는 주변 길이이며, 이는 약 파장이며 폐쇄 형 루프 여야합니다. 용량 효과를 높이고 효율을 낮추기 때문에 크기를 줄이기 위해 루프를 사행하는 것은 좋지 않습니다.
소형 루프 안테나
소형 루프 안테나는 magnetic loop antennas. 공진이 적습니다. 이들은 주로 수신기로 사용됩니다.
이 안테나는 파장의 1/10 크기입니다.
$$L =\frac{\lambda}{10}$$어디,
L 안테나의 길이
λ 파장입니다
소형 루프 안테나의 특징은 다음과 같습니다.
작은 루프 안테나는 방사 저항이 낮습니다. 다중 회전 페라이트 코어 구조를 사용하면 높은 방사 저항을 얻을 수 있습니다.
높은 손실로 인해 방사 효율이 낮습니다.
작은 크기와 무게로 구조가 간단합니다.
높은 리액턴스로 인해 임피던스가 송신기와 일치하기 어렵습니다. 루프 안테나가 송신 안테나 역할을해야한다면이 임피던스 불일치가 분명히 문제가 될 것입니다. 따라서 이러한 루프 안테나는 다음과 같이 더 잘 작동합니다.receiver antennas.
자주 사용되는 루프
소형 루프 안테나는 주로 두 가지 유형이 있습니다.
- 원형 루프 안테나
- 사각 루프 안테나
이 두 가지 유형의 루프 안테나는 대부분 널리 사용됩니다. 다른 유형 (직사각형, 델타, 타원형 등)도 디자이너 사양에 따라 만들어집니다.
위의 이미지는 circular and square loop antennas. 이러한 유형의 안테나는 신호 대 잡음비가 높기 때문에 주로 AM 수신기로 사용됩니다. 또한 라디오 수신기의 Q- 탱크 회로에서 쉽게 조정할 수 있습니다.
루프의 편광
루프 안테나의 편파는 피드 위치에 따라 수직 또는 수평으로 편파됩니다. 수직 편파는 루프 안테나의 형태에 따라 수직 편의 중심에, 수평 편파는 수평 편의 중심에 주어집니다.
작은 루프 안테나는 일반적으로 linearly polarized하나. 이러한 소형 루프 안테나를 출력이 미터에 연결된 휴대용 수신기 위에 장착하면 훌륭한 방향 탐지기가됩니다.
방사선 패턴
이 안테나의 방사 패턴은 짧은 수평 다이폴 안테나의 방사 패턴과 동일합니다.
그만큼 radiation pattern작은 고효율 루프 안테나의 경우 위 그림에 나와 있습니다. 다른 각도의 루핑에 대한 방사 패턴도 그림에 명확하게 설명되어 있습니다. 0 °의 접선은 수직 편광을 나타내고 90 °의 선은 수평 편광을 나타냅니다.
장점
다음은 루프 안테나의 장점입니다.
- 컴팩트 한 크기
- 높은 지향성
단점
다음은 루프 안테나의 단점입니다.
- 임피던스 매칭이 항상 좋은 것은 아닙니다.
- 공진 품질 계수가 매우 높음
응용
다음은 루프 안테나의 응용 프로그램입니다.
- RFID 장치에 사용
- MF, HF 및 단파 수신기에 사용
- 방향 찾기를 위해 항공기 수신기에 사용
- UHF 송신기에 사용
Helical antenna와이어 안테나의 예이며 자체가 나선 모양을 형성합니다. 이것은 광대역 VHF 및 UHF 안테나입니다.
주파수 범위
헬리컬 안테나의 작동 주파수 범위는 30MHz to 3GHz. 이 안테나는VHF 과 UHF 범위.
헬리컬 안테나의 구성 및 작동
Helical antenna또는 헬릭스 안테나는 도선이 나선형으로 감겨 있고 피더 라인으로 접지 판에 연결된 안테나입니다. 제공하는 가장 간단한 안테나입니다circularly polarized waves. 위성 중계 등이 관련되는 외계 통신에 사용됩니다.
위의 이미지는 위성 통신에 사용되는 헬리컬 안테나 시스템을 보여줍니다. 이 안테나는 더 넓은 실외 공간이 필요합니다.
이것은 접지 판이라고하는 평평한 금속판과 함께 안테나로 사용되는 나사산 모양으로 감긴 두꺼운 구리선 또는 튜브의 나선으로 구성됩니다. 나선의 한쪽 끝은 케이블의 중앙 도체에 연결되고 외부 도체는 접지 판에 연결됩니다.
안테나 부품을 자세히 설명하는 헬릭스 안테나 이미지가 위에 나와 있습니다.
나선형 안테나의 방사는 나선형의 직경, 회전 간격 및 피치 각도에 따라 달라집니다.
Pitch angle 나선 와이어에 접하는 선과 나선 축에 수직 인 평면 사이의 각도입니다.
$$\alpha = \tan^{-1}(\frac{S}{\pi D})$$어디,
D 이다 diameter 나선의.
S 이다 turn spacing (중심에서 중심으로).
α 이다 pitch angle.
작동 모드
나선형 안테나의 주요 작동 모드는 다음과 같습니다.
Normal 또는 수직 방사선 모드.
Axial 또는 최종 발사 또는 방사선 빔 모드.
자세히 논의하겠습니다.
일반 모드
일반 방사 모드에서 방사장은 나선 축에 수직입니다. 방사 된 파동은 원형으로 편광됩니다. 이 방사 모드는 나선의 치수가 파장에 비해 작을 때 얻어집니다. 이 헬리컬 안테나의 방사 패턴은 짧은 다이폴 안테나와 루프 안테나의 조합입니다.
위 그림은 헬리컬 안테나에서 일반 방사 모드에 대한 방사 패턴을 보여줍니다.
나선의 지름 값에 따라 달라집니다. D 회전 간격, S. 이 작동 모드의 단점은 낮은 방사 효율과 좁은 대역폭입니다. 따라서 거의 사용되지 않습니다.
축 모드
에 axial mode방사선의 경우, 방사선은 나선형 축을 따라 최종 발사 방향이며 파동은 원형 또는 거의 원형으로 편광됩니다. 이 작동 모드는 원주를 한 파장 정도까지 올려서 얻습니다.(λ) 그리고 대략의 간격 λ/4. 방사 패턴은 폭이 넓고 축 빔을 따라 방향성이있어 비스듬한 각도에서 작은 로브를 생성합니다.
그림은 헬리컬 안테나에서 축 방향 방사 모드에 대한 방사 패턴을 보여줍니다.
이 안테나가 오른손 원 편파 용으로 설계된 경우 왼손 원 편파 파를 수신하지 않으며 그 반대의 경우도 마찬가지입니다. 이 작동 모드는 매우 쉽게 생성되며more practically used.
장점
다음은 헬리컬 안테나의 장점입니다.
- 심플한 디자인
- 최고의 지향성
- 더 넓은 대역폭
- 원형 편광을 얻을 수 있습니다
- HF 및 VHF 대역에서도 사용 가능
단점
다음은 헬리컬 안테나의 단점입니다-
- 안테나가 더 크고 더 많은 공간이 필요합니다.
- 회전 수에 따라 효율성 감소
응용
다음은 헬리컬 안테나의 응용 프로그램입니다.
단일 헬리컬 안테나 또는 어레이는 VHF 신호를 송수신하는 데 사용됩니다.
위성 및 우주 탐사선 통신에 자주 사용
지구국에서 탄도 미사일 및 위성과의 원격 측정 링크에 사용
달과 지구 간의 통신을 설정하는 데 사용
전파 천문학의 응용
끝에 구멍이있는 안테나는 Aperture antenna. 도파관은 조리개 안테나의 예입니다. 개구부가있는 송전선로의 가장자리는 에너지를 방출합니다. 조리개 인이 개구부는Aperture 안테나.
주요 유형의 조리개 안테나는 다음과 같습니다.
- 웨이브 가이드 안테나
- 혼 안테나
- 슬롯 안테나
이제 이러한 유형의 조리개 안테나를 살펴 보겠습니다.
도파관 안테나
ㅏ Waveguide한쪽 끝이 여기되고 다른 쪽 끝이 열릴 때 에너지를 방출 할 수 있습니다. 도파관의 방사선은 2 선식 전송선보다 큽니다.
주파수 범위
도파관의 작동 주파수 범위는 300MHz to 300GHz. 이 안테나는UHF 과 EHF주파수 범위. 다음 이미지는 도파관을 보여줍니다.
종단이있는이 도파관은 안테나 역할을합니다. 그러나 에너지의 작은 부분 만 방출되고 그 중 많은 부분이 개방 회로에서 다시 반사됩니다. 그 뜻은VSWR(기본 매개 변수 장에서 논의 된 전압 정재파 비율) 값이 증가합니다. 도파관 주변의 회절은 열악한 복사 및 비 지향적 복사 패턴을 제공합니다.
방사선 패턴
도파관 안테나의 방사가 좋지 않고 패턴이 무 지향성이므로 전 방향성을 의미합니다. 안omni-directional 패턴은 특정 지향성이 없지만 모든 방향으로 방사되는 패턴이므로 다음과 같이 호출됩니다. non-directive radiation pattern.
위 그림은 전 방향 패턴의 상단 단면도를 보여줍니다. non-directional pattern. 2 차원보기는 이미 알고 있듯이 8 자 패턴입니다.
장점
다음은 Aperture 안테나의 장점입니다.
- 방사선은 2 선식 전송선보다 큽니다.
- 방사선은 전 방향입니다
단점
다음은 Aperture 안테나의 단점입니다.
- VSWR 증가
- 열악한 방사선
응용
다음은 Aperture 안테나의 응용 프로그램입니다.
- 마이크로파 응용
- 표면 검색 레이더 애플리케이션
도파관 안테나는 더 나은 성능을 달성하기 위해 추가로 수정되어야하며, 결과적으로 Horn antenna.
빔의 방사 효율과 지향성을 향상 시키려면 웨이브 가이드에 확장 된 조리개를 제공하여 웨이브의 갑작스런 불연속성을 점진적인 변환으로 만들어야합니다. 그래서 순방향의 모든 에너지가 방출됩니다. 이것은 다음과 같이 불릴 수 있습니다.Flaring. 이제 이것은 혼 안테나를 사용하여 수행 할 수 있습니다.
주파수 범위
혼 안테나의 작동 주파수 범위는 300MHz to 30GHz. 이 안테나는UHF 과 SHF 주파수 범위.
혼 안테나의 구성 및 작동
빔의 에너지는 서서히 방사선으로 변환 될 때 손실이 감소하고 빔의 초점이 향상됩니다. ㅏHorn antenna 다음으로 간주 될 수 있습니다 flared out wave guide, 방향성이 향상되고 회절이 감소합니다.
위의 이미지는 혼 안테나의 모델을 보여줍니다. 경적의 나팔 소리가 명확하게 표시됩니다. 몇 가지 혼 구성이 있으며 그중 세 가지 구성이 가장 일반적으로 사용됩니다.
섹터 혼
이 유형의 혼 안테나는 한 방향으로 만 플레어됩니다. 전기 벡터 방향으로 나팔꽃은sectorial E-plane horn. 유사하게 자기 벡터의 방향으로 벌어지면sectorial H-plane horn.
피라미드 뿔
이 유형의 혼 안테나는 양쪽에 플레어 링이 있습니다. 직사각형 도파관의 E 및 H 벽 모두에서 플레어 링이 수행되면pyramidal horn antenna생산되었다. 이 안테나는 잘린 피라미드 모양입니다.
원추형 혼
원형 도파관의 벽이 플레어되면 conical horn. 이것은 원형 도파관의 논리적 종료입니다.
위의 그림은 앞에서 설명한 혼 구성 유형을 보여줍니다.
플레어 링은 더 나은 방사를 위해 안테나 임피던스를 여유 공간 임피던스와 일치시키는 데 도움이됩니다. 그것은 정재파 비율을 피하고 더 큰 지향성과 더 좁은 빔 폭을 제공합니다. 플레어 웨이브 가이드는 기술적으로 다음과 같이 불릴 수 있습니다.Electromagnetic Horn Radiator.
플레어 각도, Φ혼 안테나의 중요한 요소입니다. 이 값이 너무 작 으면 결과 파동이 평면 대신 구형이되고 방사 된 빔이 방향성이 없습니다. 따라서 플레어 각도는 최적의 값을 가져야하며 길이와 밀접한 관련이 있습니다.
조합
혼 안테나는 또한 포물선 형 반사 안테나와 결합하여 특별한 유형의 혼 안테나를 형성 할 수 있습니다. 이것들은-
Cass-horn 안테나
호그 혼 또는 삼중 접힌 혼 반사경
에 Cass-horn antenna, 전파는 포물선 모양으로 구부러져 45 ° 각도로 위쪽으로 반사되는 넓은 바닥면에 수집됩니다. 윗면에 닿으면 초점에 반사됩니다. 이들의 게인과 빔 폭은 포물선 반사기와 같습니다.
에 hog-horn안테나, 포물선 실린더가 피라미드 뿔에 결합되어 빔이 뿔의 정점에 도달합니다. 저잡음 마이크로파 안테나를 형성합니다. 호그 혼 안테나의 가장 큰 장점은 안테나가 축을 중심으로 회전하더라도 수신 지점이 움직이지 않는다는 것입니다.
방사선 패턴
혼 안테나의 방사 패턴은 Spherical Wave front입니다. 다음 그림은radiation pattern혼 안테나의. 파동은 조리개에서 방사되어 파동의 회절을 최소화합니다. 플레어 링은 빔의 초점을 유지합니다. 방사 된 빔은 높은 지향성을 가지고 있습니다.
장점
다음은 Horn 안테나의 장점입니다.
- 작은 작은 엽이 형성됨
- 임피던스 매칭이 좋다
- 더 큰 지향성
- 더 좁은 빔 폭
- 정재파 방지
단점
다음은 Horn 안테나의 단점입니다-
- 플레어 각도 설계, 방향성 결정
- 플레어 각도와 플레어 길이는 매우 작 으면 안됩니다.
응용
다음은 Horn 안테나의 응용입니다.
- 천문학 연구에 사용
- 마이크로파 애플리케이션에 사용
Slot AntennaAperture 안테나의 예입니다. 전도성 시트에 직사각형 슬롯이 만들어집니다. 이 슬롯 안테나는 장착 된 표면을 간단히 절단하여 형성 할 수 있습니다.
주파수 범위
슬롯 안테나 적용에 사용되는 주파수 범위는 다음과 같습니다. 300 MHz to 30 GHz. 그것은에서 작동합니다UHF 과 SHF 주파수 범위.
슬롯 안테나의 구성 및 작동
슬롯 안테나의 사용은 작동 원리를 통해 잘 이해됩니다. 슬롯 안테나의 구조를 살펴 보겠습니다.
무한 전도성 시트가 직사각형 절단으로 만들어지고 필드가 구멍 (슬롯이라고 함)에서 여기되면 다음과 같이 불립니다. Slot antenna. 이것은 슬롯 안테나의 이미지를 관찰함으로써 이해할 수 있습니다. 다음 이미지는 슬롯 안테나의 모델을 보여줍니다.
Slot Antenna의 작동은 Babinet의 광학 원리를 통해 쉽게 이해할 수 있습니다. 이 개념은 슬롯 안테나를 소개합니다.
Babinet의 원리
Babinet의 원칙은“개방이있는 스크린 뒤의 필드를 보완 적 구조의 필드에 추가하면 그 합계는 스크린이 없을 때 필드와 같습니다”라고 말합니다.
위의 이미지는 원리를 명확하게 설명합니다. 빔과 동일 선상에 있지 않은 모든 영역에서 그림 1과 2의 위의 두 화면은 동일한 회절 패턴을 생성합니다.
Case 1− 스크린 앞에 조리개가있는 광원과 전 도면 (필드)을 고려하십시오. 빛은 불투명 한 영역을 통과하지 않고 조리개를 통과합니다.
Case 2− 광원과 이전 사례에서 조리개 크기의 전 도면을 스크린에 대고있는 것을 고려하십시오. 빛은 평면을 통과하지 않고 나머지 부분을 통과합니다.
Case 3− 두 케이스의 두 전도 평면을 결합하고 광원 앞에 놓습니다. 결과 조합을 관찰하기 위해 화면이 배치되지 않습니다. 화면 효과가 무효화됩니다.
슬롯 안테나의 작동
이 광학 원리는 전자파에 적용되어 파동이 방출됩니다. 전도성 평면의 좁은 슬롯에 HF 필드가 존재할 때 에너지가 방출되는 것은 사실입니다.
이미지는 슬롯 안테나를 보여 주며 작동에 대해 잘 설명합니다.
무한 평면 전도 스크린을 가져 와서 원하는 모양과 크기의 구멍으로 뚫는 것을 고려하면 이것이 슬롯 안테나의 스크린이 될 것입니다. 또 다른 화면은 조리개 위치와 보완 화면 인 화면 영역을 교환하는 것으로 간주됩니다.
이 두 화면은 complementary완전한 무한 금속 스크린이 생성되기 때문입니다. 이제 이것이 슬롯 안테나가됩니다. 방사에는 터미널 임피던스가 매우 바람직합니다.
방사선 패턴
슬롯 안테나의 방사 패턴은 Omni-directional, 마치 반파 다이폴 안테나처럼. 다음 그림을 살펴보십시오. 수평면과 수직면에 각각 그려진 Slot 안테나의 방사 패턴을 보여줍니다.
장점
다음은 슬롯 안테나의 장점입니다-
- 금속 물체 내에서 제작 및 은폐 할 수 있습니다.
- 소형 송신기로 은밀한 통신을 제공 할 수 있습니다.
단점
다음은 슬롯 안테나의 단점입니다-
- 더 높은 교차 분극 수준
- 낮은 방사선 효율
응용
다음은 슬롯 안테나의 응용 프로그램입니다-
- 일반적으로 레이더 항법 목적
- 도파관에 의해 공급되는 어레이로 사용
마이크로 스트립 안테나는 로우 프로파일 안테나입니다. 유전체 재료를 사이에두고지면에 장착 된 금속 패치는Micro strip 또는 Patch Antenna. 방사능이 낮은 매우 낮은 크기의 안테나입니다.
주파수 범위
패치 안테나는 위의 주파수에서 로우 프로파일 애플리케이션에 널리 사용됩니다. 100MHz.
마이크로 스트립 안테나의 구성 및 작동
Micro strip antenna유전체 재료를 사이에두고 접지면에 배치 된 매우 얇은 금속 스트립으로 구성됩니다. 방사 소자와 공급 라인은 유전체 재료에 포토 에칭 공정을 통해 배치됩니다. 일반적으로 패치 또는 마이크로 스트립은 분석 및 제작의 용이성을 위해 정사각형, 원형 또는 직사각형 모양으로 선택됩니다. 다음 이미지는 마이크로 스트립 또는 패치 안테나를 보여줍니다.
금속 패치의 길이는 λ / 2입니다. 안테나가 여기되면 유전체 내에서 생성 된 파동이 반사되고 에너지가 매우 낮은 금속 패치의 가장자리에서 방출됩니다.
방사선 패턴
마이크로 스트립 또는 패치 안테나의 방사 패턴은 broad. 방사능이 낮고 주파수 대역폭이 좁습니다.
그만큼 radiation pattern마이크로 스트립 또는 패치 안테나의 그림은 위에 나와 있습니다. 방향성이 적습니다. 더 큰 지향성을 갖기 위해 이러한 패치 안테나를 사용하여 어레이를 형성 할 수 있습니다.
장점
다음은 마이크로 스트립 안테나의 장점입니다.
- Lighteweight
- 저렴한 비용
- 간편한 설치
단점
다음은 마이크로 스트립 안테나의 단점입니다.
- 비효율적 인 방사선
- 좁은 주파수 대역폭
응용
다음은 마이크로 스트립 안테나의 응용 프로그램입니다.
- 우주선 응용 프로그램에 사용
- 항공기 응용 분야에 사용
- 로우 프로파일 안테나 애플리케이션에 사용
지금까지 논의한 안테나는 평면을 사용했습니다. 렌즈 안테나는 전송 및 수신을 위해 곡면을 사용합니다.Lens antennas렌즈의 수렴 및 발산 특성을 따르는 유리로 구성됩니다. 렌즈 안테나는 고주파 응용 분야에 사용됩니다.
주파수 범위
렌즈 안테나 사용 주파수 범위는 1000 MHz 그러나 그 사용은 3000 MHz and above.
렌즈 안테나를 더 잘 이해하려면 렌즈의 작동 원리를 알아야합니다. 일반 유리 렌즈는 굴절 원리로 작동합니다.
렌즈 안테나의 구성 및 작동
광원이 렌즈에서 초점 거리에있는 렌즈의 초점에 있다고 가정하면 광선은 평면 파면에서 평행 광선 또는 평행 광선으로 렌즈를 통과합니다.
렌즈 중앙을 통과하는 광선은 렌즈 가장자리를 통과하는 광선보다 굴절이 적습니다. 모든 광선은 평면 파면에 평행하게 보내집니다. 이 렌즈 현상을divergence.
동일한 렌즈의 오른쪽에서 왼쪽으로 광선이 보내지면 동일한 절차가 반대로 진행됩니다. 그런 다음 빔은 굴절되어 렌즈에서 초점 거리에있는 초점이라는 지점에서 만납니다. 이 현상을convergence.
다음 다이어그램을 살펴보면 동일한 내용을 더 잘 이해할 수 있습니다.
광선 다이어그램은 소스에서 렌즈까지의 초점과 초점 거리를 나타냅니다. 얻어진 평행 광선은 평행 광선이라고도합니다.
위 그림에서 렌즈에서 초점 거리에있는 초점의 소스는 평면 파면에서 시준됩니다. 이 현상은 역전 될 수 있습니다. 즉, 왼쪽에서 빛을 보내면 렌즈의 오른쪽으로 수렴됩니다.
이러한 상호성 때문에 렌즈를 안테나로 사용할 수 있습니다. 동일한 현상이 동일한 안테나를 송수신에 모두 활용하는 데 도움이되기 때문입니다.
렌즈 안테나 모델 이미지가 표시됩니다.
더 높은 주파수에서 포커싱 특성을 얻으려면 굴절률이 1보다 작아야합니다. 굴절률이 무엇이든 렌즈의 목적은 파형을 곧게 만드는 것입니다. 이를 기반으로 E-plane과 H-plane 렌즈가 개발되어 파면을 지연 시키거나 가속화합니다.
렌즈 안테나의 유형
다음 유형의 렌즈 안테나를 사용할 수 있습니다.
유전체 렌즈 또는 H면 금속판 렌즈 또는 지연 렌즈 (렌즈 매체에 의해 이동 파가 지연됨)
E-plane 금속판 렌즈
비금속 유전체 유형 렌즈
금속 또는 인공 유전체 유형의 렌즈
장점
다음은 렌즈 안테나의 장점입니다.
렌즈 안테나, 피드 및 피드 지지대에서 조리개를 막지 마십시오.
설계 공차가 더 큽니다.
포물선 형 반사경보다 더 많은 양의 파동을 처리 할 수 있습니다.
빔은 축을 기준으로 각도를 따라 이동할 수 있습니다.
단점
다음은 렌즈 안테나의 단점입니다.
렌즈는 특히 낮은 주파수에서 무겁고 부피가 큽니다.
디자인의 복잡성
동일한 사양에 대해 반사경에 비해 비용이 많이 듭니다.
응용
다음은 렌즈 안테나의 응용 프로그램입니다.
광대역 안테나로 사용
특히 마이크로파 주파수 애플리케이션에 사용
렌즈 안테나의 수렴 특성은 위성 통신에 널리 사용되는 Parabolic 반사체 안테나로 알려진 더 높은 수준의 안테나를 개발하는 데 사용할 수 있습니다. 다음 장에서 이에 대해 논의 할 것입니다.
Parabolic Reflectors마이크로파 안테나입니다. 이러한 안테나에 대한 더 나은 이해를 위해 포물선 반사기의 개념을 논의해야합니다.
주파수 범위
Parabolic 반사체 안테나의 적용에 사용되는 주파수 범위는 다음과 같습니다. above 1MHz. 이 안테나는 라디오 및 무선 애플리케이션에 널리 사용됩니다.
작동 원리
포물선의 표준 정의는 다음과 같습니다.-점의 궤적, 고정 된 점으로부터의 거리만큼 이동합니다. focus) + 직선으로부터의 거리 (라고 함) directrix)는 일정합니다.
다음 그림은 포물선 형 반사기의 형상을 보여줍니다. 요점F 초점 (피드가 제공됨)이고 V정점입니다. F와 V를 연결하는 선은 대칭 축입니다. PQ는 반사 된 광선입니다.L반사 된 점이 놓이는 직선 방향을 나타냅니다 (공 선상에 있음을 나타냄). 따라서 위의 정의에 따라 F와 L 사이의 거리는 초점이 맞춰지는 파도에 대해 일정합니다.
반사파는 포물선 모양에서 평행 한 파동을 형성합니다. 초점 거리와 조리개 크기의 비율 (예 : f / D)“f over D ratio”포물선 반사체의 중요한 매개 변수입니다. 그 가치는0.25 to 0.50.
반사의 법칙은 입사각과 반사각이 같다고 말합니다. 이 법칙을 포물선과 함께 사용하면 빔의 초점을 맞출 수 있습니다. 의 모양
포물선을 파도 반사 목적으로 사용하면 반사 된 파도를 이용하여 안테나를 만드는 데 도움이되는 포물선의 일부 특성을 나타냅니다.
포물선의 속성
초점에서 발생하는 모든 파동은 포물선 축으로 다시 반사됩니다. 따라서 조리개에 도달하는 모든 파동은 동 위상입니다.
파도가 위상이 같을 때 포물선 축을 따라 방사 광선이 강하고 집중됩니다.
이러한 점을 따라 포물선 형 반사기는 더 좁은 빔 폭으로 높은 지향성을 생성하는 데 도움이됩니다.
Parabolic Reflector의 구성 및 작동
Parabolic Reflector 안테나가 신호를 전송하는 데 사용되는 경우 피드의 신호는 다이폴 또는 혼 안테나에서 나오며 파동을 포물선에 집중시킵니다. 즉, 파동이 초점에서 나와 Paraboloidal 반사판에 부딪칩니다. 이 파도는 이제 다음과 같이 반사됩니다.collimated wave front, 이전에 논의한대로 전송됩니다.
동일한 안테나가 수신기로 사용됩니다. 전자기파가 포물선 모양에 닿으면 파동이 피드 포인트에 반사됩니다. 피드에서 수신기 안테나 역할을하는 쌍극자 또는 혼 안테나는이 신호를 수신하여 전기 신호로 변환하고이를 수신기 회로로 전달합니다.
다음 이미지는 Parabolic Reflector Antenna를 보여줍니다.
포물면의 이득은 조리개 비율의 함수입니다. (D/λ). 효과적인 복사 전력(ERP) 안테나의 입력 전력은 안테나에 공급되는 입력 전력과 전력 이득의 곱입니다.
일반적으로 도파관 혼 안테나는 포물면 반사기 안테나의 피드 라디에이터로 사용됩니다. 이 기술과 함께 Cassegrain 피드라고하는 포물면 반사기 안테나에 제공되는 또 다른 유형의 피드가 있습니다.
카세그레인 사료
Casse Grain은 반사기 안테나에 제공되는 또 다른 유형의 피드입니다. 이 유형에서 피드는 포물선 반사체와 달리 포물선의 꼭지점에 있습니다. 쌍곡선 역할을하는 볼록한 모양의 반사체는 안테나의 피드 반대편에 배치됩니다. 그것은 또한 알려져 있습니다secondary hyperboloid reflector 또는 sub-reflector. 초점 중 하나가 포물선의 초점과 일치하도록 배치됩니다. 따라서 파동은 두 번 반사됩니다.
위 그림은 카세그레인 사료의 작동 모델을 보여줍니다.
Cassegrain 안테나의 작동
안테나가 송신 안테나 역할을 할 때 피드의 에너지는 혼 안테나를 통해 쌍곡선 오목 반사기로 방사되며 다시 포물선 반사기로 다시 반사됩니다. 신호는 거기에서 공간으로 반사됩니다. 따라서 전력 낭비가 제어되고 지향성이 향상됩니다.
동일한 안테나를 수신에 사용하면 전자기파가 반사판에 부딪 히고 오목 쌍곡선으로 반사되어 거기에서 피드에 도달합니다. 도파관 혼 안테나가이 신호를 수신하고 증폭을 위해 수신기 회로로 전송합니다.
다음 이미지를 살펴보십시오. 카세그레인 피드가있는 포물면 반사경을 보여줍니다.
장점
다음은 Parabolic 반사체 안테나의 장점입니다.
소엽 감소
전력 낭비 감소
동등한 초점 거리가 달성됩니다.
우리의 편의에 따라 어떤 위치 에든 사료를 넣을 수 있습니다.
빔 조정 (좁아 지거나 넓혀 짐)은 반 사면을 조정하여 수행됩니다.
불리
다음은 Parabolic 반사체 안테나의 단점입니다.
포물면 반사경에서 반사되는 일부 전력이 차단됩니다. 이것은 작은 치수의 포물면에서 문제가됩니다.
응용
다음은 Parabolic 반사 안테나의 응용 프로그램입니다-
카세그레인 피드 포물선 반사기는 주로 위성 통신에 사용됩니다.
무선 통신 시스템에도 사용됩니다.
포물선 형 반사기에 대해 그레고리 안 피드라고하는 다른 유형의 피드를 살펴 보겠습니다.
그레고리 안 피드
이것은 사용되는 또 다른 유형의 피드입니다. 한 쌍의 특정 구성이 있으며, 여기서 안테나 크기는 고정 된 상태로 피드 빔 폭이 점진적으로 증가합니다. 이러한 유형의 피드를 그레고리 안 피드라고합니다. 여기에서 casssegrain의 볼록한 쌍곡선은 오목한 모양의 포물면 반사기로 대체됩니다. 물론 크기가 더 작습니다.
이들 Gregorian feed 타입 리플렉터는 네 가지 방법으로 사용할 수 있습니다.
초점 F1에서 반사체 타원체 하위 반사기를 사용하는 그레고리 안 시스템.
초점 F2에서 반사체 타원 서브 반사기를 사용하는 그레고리 안 시스템.
쌍곡면 하위 반사경 (볼록)을 사용하는 카세그레인 시스템.
쌍곡선 하위 반사경을 사용하는 카세그레인 시스템 (오목하지만 피드가 매우 가깝습니다.)
이것들은 모두 인기가없고 널리 사용되지 않기 때문에 언급 할 것입니다. 그들은 한계가 있습니다.
이 그림은 모든 유형의 반사판의 작동 패턴을 명확하게 보여줍니다. 다음과 같은 다른 유형의 포물면 반사기가 있습니다.
- 절단 포물면
- 포물선 실린더
- 알약 상자 포물선
그러나 이들 모두는 근무 조건의 한계와 단점으로 인해 거의 사용되지 않습니다.
따라서 모든 유형의 반사기 안테나 중에서 단순 포물선 반사기와 카세그레인 피드 포물선 반사기가 가장 일반적으로 사용되는 안테나입니다.
안테나는 개별적으로 특정 방향으로 많은 양의 에너지를 방출 할 수있을 때 더 나은 전송을 가져오고 더 적은 요소를 추가하면 더 효율적인 출력을 생성 할 수 있습니다. 바로이 아이디어로 인해Antenna arrays.
다음 이미지를 관찰하면 안테나 배열을 더 잘 이해할 수 있습니다. 안테나 어레이가 어떻게 연결되어 있는지 관찰하십시오.
안 antenna array개별 라디에이터와 요소로 구성된 방사 시스템입니다. 이 라디에이터는 작동하는 동안 자체 유도 필드가 있습니다. 요소들은 너무 가깝게 배치되어 각각의 요소는 인접한 요소의 유도장에 놓여 있습니다. 따라서 그들에 의해 생성되는 방사 패턴은 개별 패턴의 벡터 합이 될 것입니다. 다음 이미지는 안테나 배열의 또 다른 예를 보여줍니다.
이러한 안테나를 설계 할 때 요소 사이의 간격과 파장에 따른 요소의 길이도 염두에 두어야합니다.
안테나는 개별적으로 방사되고 배열 된 동안 모든 요소의 방사가 합산되어 손실을 최소화하면서 높은 이득, 높은 지향성 및 더 나은 성능을 제공하는 방사 빔을 형성합니다.
장점
다음은 안테나 어레이 사용의 장점입니다.
- 신호 강도가 증가합니다.
- 높은 지향성을 얻습니다.
- 마이너 로브가 많이 감소합니다.
- 높은 신호 대 잡음비 달성
- 높은 이득을 얻습니다.
- 전력 낭비 감소
- 더 나은 성능을 얻습니다.
단점
다음은 어레이 안테나의 단점입니다-
- 저항 손실이 증가합니다.
- 장착 및 유지 관리가 어렵습니다.
- 거대한 외부 공간이 필요합니다.
응용
다음은 배열 안테나의 응용 프로그램입니다-
- 위성 통신에 사용
- 무선 통신에 사용
- 군용 레이더 통신에 사용
- 천문학 연구에 사용
배열 유형
배열의 기본 유형은 다음과 같습니다.
- 동일 선상 배열
- 넓은 측면 어레이
- 엔드 파이어 어레이
- 기생 배열
- 야기-우다 어레이
- 로그-페 로이드 배열
- 개찰구 배열
- 슈퍼 턴 스타일 어레이
다음 장에서 이러한 배열에 대해 설명합니다.
ㅏ Collinear array끝에서 끝까지 배치 된 두 개 이상의 반파 쌍극자로 구성됩니다. 이러한 안테나는 평행하거나 동일 선상에있는 공통 선 또는 축에 배치됩니다.
이 어레이의 최대 방사는 측면이 넓고 어레이 라인에 수직입니다. 이러한 배열은broad cast 또는 Omni-directional arrays.
주파수 범위
동일 선상 배열 안테나가 작동하는 주파수 범위는 30 MHz to 3GHz 에 속하는 VHF 과 UHF 밴드.
어레이 구성
이러한 동일 선상 배열은 다음과 같습니다. uni-directional antennas높은 이득이 있습니다. 이 어레이의 주요 목적은 다른 방향의 전력 손실을 방지하여 방사되는 전력을 증가시키고 고 지향성 빔을 제공하는 것입니다.
위의 이미지는 동일 선상 배열의 그림을 보여줍니다. 그림 1에서는 접힌 쌍극자를 사용하여 동일 선상 배열이 형성되고, 그림 2에서는 일반 쌍극자에 의해 동일 선상 배열이 형성되는 것을 볼 수 있습니다. 두 유형 모두 일반적으로 사용되는 반파 쌍극자입니다.
방사선 패턴
이러한 동일 선상 배열의 방사 패턴은 단일 쌍극자의 방사 패턴과 유사하지만 쌍극자 수가 증가하는 배열 패턴이 차이를 만듭니다.
위 그림은 각각 2 개의 요소, 3 개의 요소 및 4 개의 요소를 사용하여 만든 동일 선상 배열의 방사 패턴을 보여줍니다.
그만큼 broad side array 또한 최대 방사 방향이 안테나 라인에 수직 인 동일한 패턴을 가지고 있습니다.
장점
다음은 동일 선상 배열 안테나의 장점입니다.
- 어레이의 사용은 넓은 끝을 줄이고 지향성을 증가시킵니다.
- 마이너 로브가 최소화 됨
- 전력 낭비 감소
단점
다음은 동일 선상 배열 안테나의 단점입니다.
- 이 안테나의 변위는 어려운 작업입니다
- 실외에서만 사용
응용
다음은 동일 선상 배열 안테나의 응용 프로그램입니다.
- VHF 및 UHF 대역에 사용
- 양방향 통신에 사용
- 방송 목적으로도 사용
동일한 크기의 여러 요소가 직선 또는 축을 따라 동일한 간격으로 배치 된 가장 단순한 형태의 안테나 어레이는 동일한 소스에서 동일한 위상에있는 모든 쌍극자와 함께 공선상의 점을 형성합니다. broad side array.
주파수 범위
동일 선상 배열 안테나가 작동하는 주파수 범위는 30 MHz to 3GHz 에 속하는 VHF 과 UHF 밴드.
브로드 사이드 어레이의 구성 및 작동
표준 정의에 따르면, "방사선의 주요 방향이 어레이 축 및 어레이 요소를 포함하는 평면에 수직 인 배치"는 broad side array. 따라서 안테나의 방사 패턴은 어레이가 존재하는 축에 수직입니다.
다음 다이어그램은 각각 전면 및 측면에서 넓은 측면 어레이를 보여줍니다.
넓은 측면 어레이는 어레이 평면에 대해 직각으로 강한 방향성을 갖습니다. 그러나 평면에서 방사능은 중심에 합류하는 방향의 취소로 인해 매우 적습니다.
간격이 λ / 4 인 넓은 측면 배열의 그림은 아래와 같습니다.
넓은 측면 어레이의 일반적인 안테나 길이는 2 ~ 10 개의 파장입니다. 일반적인 간격은 λ / 2 또는 λ입니다. 쌍극자의 피드 포인트는 그림과 같이 결합됩니다.
방사선 패턴
이 안테나의 방사 패턴은 양방향이며 평면에 직각입니다. 빔은 높은 이득으로 매우 좁습니다.
위 그림은 넓은 측면 어레이의 방사 패턴을 보여줍니다. 빔이 조금 더 넓고 작은 로브가 훨씬 줄어 듭니다.
물리적 배열 end-fire array넓은 측면 어레이와 동일합니다. 각 요소의 전류 크기는 동일하지만 이러한 전류 사이에는 위상차가 있습니다. 이 에너지 유도는 각 요소마다 다르며 다음 다이어그램으로 이해할 수 있습니다.
위의 그림은 각각 상단 및 측면보기의 엔드 파이어 어레이를 보여줍니다.
취소로 인해 어레이 평면에 직각으로 방사가 없습니다. 첫 번째와 세 번째 요소는 위상이 다른 요소로 공급되므로 서로의 방사선을 상쇄합니다. 마찬가지로, 두 번째와 네 번째는 취소되기 위해 단계를 벗어나 공급됩니다.
일반적인 쌍극자 간격은 λ / 4 또는 3λ / 4입니다. 이러한 배열은 안테나 평면에 수직 인 방사를 방지 할뿐만 아니라 방사 에너지가 전체 어레이의 방사 방향으로 전환되도록 도와줍니다. 따라서 마이너 로브는 피하고 지향성이 증가합니다. 요소가 증가하면 빔이 좁아집니다.
방사선 패턴
엔드 파이어 어레이의 방사 패턴은 uni-directional. 최대 방사선이 존재하는 한쪽 끝에 메이저 로브가 발생하고 마이너 로브는 손실을 나타냅니다.
그림은 엔드 파이어 어레이의 방사 패턴을 설명합니다. 그림 1은 단일 어레이에 대한 방사 패턴이고 그림 2, 3 및 4는 다중 어레이에 대한 방사 패턴을 나타냅니다.
엔드 파이어 어레이 대 브로드 사이드 어레이
우리는 두 어레이를 모두 연구했습니다. 엔드 파이어 및 넓은 측면 어레이를 특성과 함께 비교해 보겠습니다.
그림은 엔드 파이어 어레이와 넓은 측면 어레이의 방사 패턴을 보여줍니다.
엔드 파이어 어레이와 넓은 측면 어레이는 모두 선형이며 공진 요소로 구성되어 있기 때문에 공명합니다.
공진으로 인해 두 어레이 모두 더 좁은 빔과 높은 지향성을 표시합니다.
이 두 어레이는 모두 전송 목적으로 사용됩니다.
어떤 종류의 수신에도 주파수 범위를 커버해야하기 때문에 어느 쪽도 수신에 사용되지 않습니다.
위에서 본 안테나 어레이는 이득과 지향성의 향상을 위해 사용됩니다.
ㅏ parasitic element다른 피드에 의존하는 요소입니다. 자체 피드가 없습니다. 따라서 이러한 유형의 어레이에서 우리는 간접적으로 방사선을 증가시키는 데 도움이되는 이러한 요소를 사용합니다.
이러한 기생 요소는 피드에 직접 연결되지 않습니다.
위의 이미지는 기생 배열의 예를 보여줍니다. 그림에서 보이는 메쉬 구조는 반사판 세트에 불과합니다. 이 반사경은 전기적으로 연결되어 있지 않습니다. 빔의 지향성을 높여 신호 강도를 높입니다.
기생 어레이의 구성 및 작업
Parasitic 배열의 중요한 부분과 작동 방식을 살펴 보겠습니다.
주요 부분은-
- 구동 요소
- 기생 요소
- Reflector
- Director
- Boom
구동 요소
안테나는 개별적으로 방사되고 배열 된 동안 모든 요소의 방사가 합쳐져 방사 빔을 형성합니다. 배열의 모든 요소를 피드에 연결할 필요는 없습니다. 피드에 연결된 쌍극자는driven element.
기생 요소
추가 된 요소는 구동 요소 또는 피드 사이에 전기적 연결이 없습니다. 구동 요소의 유도 필드에 놓 이도록 배치됩니다. 따라서 그들은parasitic elements.
Reflector
피구 동 요소보다 5 % 더 긴 기생 요소 중 하나가 피구 동 요소에 더 가깝게 배치되면 오목 거울 역할을하여 자체 방향이 아닌 방사 패턴 방향으로 에너지를 반사합니다. 따라서 reflector.
Director
에너지를받는 구동 요소보다 5 % 더 짧은 기생 요소는 자체 방향으로 복사를 증가시키는 경향이 있으므로 수렴 볼록 렌즈처럼 동작합니다. 이 요소는director. 방향성을 높이기 위해 많은 이사가 배치됩니다.
팔
이 모든 것이 배치 된 요소는 boom. 절연을 제공하는 비금속 구조이므로 어레이의 다른 요소 사이에 단락이 발생하지 않습니다.
이들은 방사선에 기여하는 모든 주요 요소입니다. 이것은 다이어그램의 도움으로 더 잘 이해할 수 있습니다.
위의 이미지는 기생 어레이의 이미지로 구동 요소, 디렉터 및 반사기와 같은 파시 틱 어레이의 일부를 보여줍니다. 피드는 피더를 통해 제공됩니다.
배열은 다음과 같은 주파수에서 사용됩니다. 2MHz ...에 several GHz. 이들은 특히 높은 지향성을 얻기 위해 사용되며uni-directional. 이러한 유형의 배열에 대한 가장 일반적인 예는 다음과 같습니다.Yagi-Uda antenna. 쿼드 안테나는 또 다른 예로 인용 될 수 있습니다.
Yagi-Uda antenna지난 수십 년 동안 TV 수신에 가장 일반적으로 사용되는 안테나 유형입니다. 높은 이득과 지향성으로 유명한 더 나은 성능을 가진 가장 인기 있고 사용하기 쉬운 안테나 유형입니다.
Frequency range
Yagi-Uda 안테나가 작동하는 주파수 범위는 30 MHz to 3GHz 에 속하는 VHF 과 UHF 밴드.
야기-우다 안테나 구축
Yagi-Uda 안테나는 지난 수십 년 동안 거의 모든 집 위에 나타났습니다. 기생 요소와 쌍극자가 함께이 Yagi-Uda 안테나를 형성합니다.
그림은 Yagi-Uda antenna. 안테나의 지향성을 높이기 위해 많은 디렉터가 배치 된 것으로 보입니다. 피더는 접힌 쌍극자입니다. 반사경은 구조의 끝에있는 긴 요소입니다.
그림은 Yagi-Uda 안테나의 명확한 형태를 보여줍니다. 요소가 장착되는 센터로드와 같은 구조를boom. 두꺼운 검은 머리가 연결되는 요소는driven element검은 색 스터드를 통해 전송 라인이 내부적으로 연결됩니다. 구동 요소의 뒷면에있는 단일 요소는reflector, 방사 패턴 방향으로 모든 에너지를 반영합니다. 구동 요소 앞에있는 다른 요소는directors, 빔을 원하는 각도로 향하게합니다.
설계
이 안테나를 설계하려면 다음 설계 사양을 따라야합니다.
그들은-
요소 | 사양 |
---|---|
구동 요소의 길이 | 0.458λ에서 0.5λ |
반사경의 길이 | 0.55λ에서 0.58λ |
감독의 길이 1 | 0.45λ |
감독의 길이 2 | 0.40λ |
감독의 길이 3 | 0.35λ |
감독 간 간격 | 0.2λ |
쌍극자 간격에 대한 반사기 | 0.35λ |
다이폴 대 디렉터 간격 | 0.125λ |
위의 사양을 따르면 Yagi-Uda 안테나를 설계 할 수 있습니다.
방사선 패턴
Yagi-Uda 안테나의 방향 패턴은 다음과 같습니다. highly directive 아래 그림과 같이.
안테나에 디렉터를 추가하면 마이너 로브가 억제되고 메이저 로브의 지향성이 증가합니다.
장점
다음은 Yagi-Uda 안테나의 장점입니다.
- 높은 이득이 달성됩니다.
- 높은 지향성이 달성됩니다.
- 취급 및 유지 보수 용이.
- 적은 양의 전력이 낭비됩니다.
- 더 넓은 주파수 범위.
단점
다음은 Yagi-Uda 안테나의 단점입니다.
- 소음이 발생하기 쉽습니다.
- 대기 효과에 취약합니다.
응용
다음은 Yagi-Uda 안테나의 응용 프로그램입니다.
- 주로 TV 수신에 사용됩니다.
- 단일 주파수 애플리케이션이 필요한 곳에 사용됩니다.
Yagi-Uda 안테나는 주로 가정용으로 사용됩니다. 그러나 상업적 목적을 위해 그리고 주파수 범위를 조정하려면, 우리는Log-periodic antenna. 대수주기 안테나는 임피던스가 주파수의 대수주기 함수 인 안테나입니다.
주파수 범위
대수주기 안테나가 작동하는 주파수 범위는 30 MHz to 3GHz 에 속하는 VHF 과 UHF 밴드.
로그주기 안테나의 구성 및 작동
대수주기 안테나의 구성 및 작동은 Yagi-Uda 안테나와 유사합니다. 이 안테나의 주요 장점은 원하는 작동 주파수 범위에서 일정한 특성을 보인다는 것입니다. 방사선 저항이 동일하므로 SWR이 동일합니다. 이득과 전후 비율도 동일합니다.
이미지는 로그 주기적 안테나를 보여줍니다.
작동 주파수가 변경되면 활성 영역이 요소간에 이동하므로 모든 요소가 단일 주파수에서만 활성화되지 않습니다. 이것은special characteristic.
평면형, 사다리꼴 형, 지그재그 형, V 형, 슬롯 및 쌍극자와 같은 여러 유형의 로그 주기적 안테나가 있습니다. 가장 많이 사용되는 것은 로그 주기적 쌍극자 배열, 즉 LPDA입니다.
로그 주기적 배열의 다이어그램은 위에 나와 있습니다.
관찰되었을 때 물리적 구조와 전기적 특성은 본질적으로 반복적입니다. 어레이는 길이와 간격이 서로 다른 쌍극자로 구성되며 2 선식 전송 라인에서 공급됩니다. 이 선은 인접한 쌍극자 쌍 사이에 위치합니다.
쌍극자 길이와 분리는 공식에 의해 관련됩니다-
$$\frac{R_{1}}{R_{2}} = \frac{R_{2}}{R_{3}} = \frac{R_{3}}{R_{4}} = T = \frac{l_{1}}{l_{2}} = \frac{l_{2}}{l_{3}} = \frac{l_{3}}{l_{4}}$$어디
- т는 설계 비율이고 т <1
- R은 피드와 쌍극자 사이의 거리입니다.
- l은 쌍극자의 길이입니다.
얻은 지시 이득은 낮거나 보통입니다. 방사 패턴은 다음과 같을 수 있습니다.Unidirectional or Bi-directional.
방사선 패턴
대수주기 안테나의 방사 패턴은 대수주기 구조에 따라 단방향 또는 양방향 일 수 있습니다.
에 대한 uni-directional Log-periodic antenna, 더 짧은 요소를 향한 방사는 상당한 양이지만 순방향으로는 작거나 0입니다.
단방향 대수주기 안테나의 방사 패턴은 위에 나와 있습니다.
에 대한 bi-directional Log-periodic antenna, 최대 방사는 안테나 표면에 수직 인 넓은쪽에 있습니다.
위에 주어진 그림은 양방향 로그-주기 안테나의 방사 패턴을 보여줍니다.
장점
다음은 Log-periodic 안테나의 장점입니다.
- 안테나 디자인은 콤팩트합니다.
- 이득 및 방사 패턴은 요구 사항에 따라 다릅니다.
단점
다음은 Log-periodic 안테나의 단점입니다-
- 외부 마운트.
- 설치 비용이 높습니다.
응용
다음은 Log-periodic 안테나의 응용 프로그램입니다-
- HF 통신에 사용됩니다.
- 특정 종류의 TV 수신에 사용됩니다.
- 고주파 대역의 모든 라운드 모니터링에 사용됩니다.
그만큼 Turnstile antenna또 다른 유형의 어레이 안테나입니다. 이 배열의 모양은 몇 군데의 입구에 사용되는 개찰구를 상징합니다. 이 안테나는 다양한 군사용으로 사용됩니다.
주파수 범위
개찰구 안테나가 작동하는 주파수 범위는 30 MHz to 3GHz 에 속하는 VHF 과 UHF 밴드.
개찰구 안테나의 구성 및 작동
두 개의 동일한 반파 쌍극자가 서로 직각으로 배치되고 동 위상으로 공급됩니다. 이 쌍극자는 서로 90 ° 위상차로 여기됩니다. Turnstile 어레이는 다음과 같이도 불릴 수 있습니다.crossed dipoles array.
위의 이미지는 회전식 안테나를 보여줍니다.
높은 지향성을 제공하기 위해 여러 개의 회전식 문을 수직 축을 따라 쌓을 수 있으며 위에 주어진 그림과 같이 위상이 지정됩니다. 이러한 개찰구 안테나의 편파는 작동 모드에 따라 다릅니다.
자주 쌓이는 쌍극자 쌍은 다음과 같이 알려져 있습니다. BAY. 위 그림에서 두 개의 베이는 반 파장 간격으로 배치되어 있습니다.(λ/2)떨어져 있고 해당 요소가 위상으로 공급됩니다. 베이 조합에 의해 생성되는 복사는 더 나은 지향성을 가져옵니다.
작동 모드
다음은 Turnstile 안테나의 작동 모드입니다.
Normal mode
정상 작동 모드에서 안테나는 horizontally polarized 축에 수직 인 파동.
Axial mode
축 방향 작동 모드에서 안테나는 circularly polarized 축을 따라 파동, 즉 축에 평행합니다.
원형 편파의 경우, 우원 편파로 방사하는 송신기에는 동일한 우원 편파를 가진 수신기가 있어야하며 그 반대의 경우도 마찬가지입니다. 송신기와 달리 좌원 편파라면 게인이 크게 손실됩니다.
슈퍼 턴 스타일 안테나
회전식 안테나의 경우 방사 전력은 동일한 전력을 방사하는 반파 쌍극자의 최대 방사보다 3dB 낮습니다. 따라서 이러한 단점을 극복하기 위해Super-turnstile antenna 지어졌습니다.
개찰구의 단순 쌍극자 요소는 Super-turnstile에서 4 개의 평면 시트로 대체됩니다. Super-turnstile 어레이의 설계는 단일 마스트에 1 ~ 8 개의 베이를 구성 할 수 있습니다. Super-turnstile 안테나의 다른 이름은Batwing Antenna.
위의 이미지는 슈퍼 턴 스타일 안테나를 보여줍니다. 그림 1은 빨간색 점이 피드 포인트 인 초 회전식 배열의 배열을 보여줍니다. 그림 2는 위성 통신에 사용되는 스택 턴 스타일 어레이를 보여줍니다.
방사선 패턴
방사 패턴은 두 개의 중첩 된 쌍극자의 방사 패턴과 유사합니다. 무 지향성 패턴에 가깝지만 정향 잎 모양의 패턴을 남깁니다.
위 그림은 회전식 배열의 방사 패턴을 보여줍니다. 일반적인 8 자형 패턴을 결합하여 거의 원형 패턴을 생성했습니다.
그림 A는 결합되는 개별 패턴을 보여줍니다.
그림 B는 단일 베이의 수직 패턴과 4 개의 베이가 결합 된 패턴을 보여줍니다.
그림 C는 더 나은 방향성을 보여주는 4 개의 베이의 결과적인 결합 패턴을 보여줍니다.
장점
다음은 Turnstile 안테나의 장점입니다-
스태킹으로 높은 이득 달성
슈퍼 턴 스타일은 고 이득 출력을 생성합니다.
더 나은 지향성 달성
불리
다음은 Turnstile 안테나의 단점입니다-
복사 전력은 동일한 전력을 방출하는 반파 쌍극자의 최대 복사보다 3dB 낮습니다.
응용
다음은 Turnstile 안테나의 응용 프로그램입니다-
VHF 통신에 사용
FM 및 TV 방송에 사용
군사 통신에 사용
위성 통신에 사용
지구의 대기에서 파동의 전파는 파동의 특성뿐만 아니라 환경 효과와 지구의 대기층에 따라 달라집니다. 파도가 환경에서 어떻게 전파되는지에 대한 아이디어를 형성하기 위해이 모든 것을 연구해야합니다.
우리는 frequency spectrum신호 전송 또는 수신이 발생합니다. 작동하는 주파수 범위에 따라 다양한 유형의 안테나가 제조됩니다.
전자기 스펙트럼
무선 통신은 전자파의 방송 및 수신 원리를 기반으로합니다. 이러한 파동은 주파수 (f)와 파장 (λ) 람다로 특성화 될 수 있습니다.
전자기 스펙트럼의 그림 표현은 다음 그림에 나와 있습니다.
저주파 대역
저주파 대역은 스펙트럼의 라디오, 마이크로파, 적외선 및 가시 영역으로 구성됩니다. 파동의 진폭, 주파수 또는 위상을 변조하여 정보 전송에 사용할 수 있습니다.
고주파 대역
고주파 대역은 X 선과 감마선으로 구성됩니다. 이론적으로 이러한 파동은 정보 전파에 더 적합합니다. 그러나 이러한 파동은 변조가 어렵 기 때문에 실제적으로 사용되지 않으며 파동은 생물에게 해 롭습니다. 또한 고주파는 건물을 통해 잘 전파되지 않습니다.
주파수 대역 및 용도
다음 표는 주파수 대역과 그 용도를 설명합니다.
밴드 이름 | 회수 | 파장 | 응용 |
---|---|---|---|
극 저주파 (ELF) | 30Hz ~ 300Hz | 10,000에서 1,000 KM | 전력선 주파수 |
음성 주파수 (VF) | 300Hz ~ 3KHz | 1,000 ~ 100km | 전화 통신 |
초 저주파 (VLF) | 3KHz ~ 30KHz | 100에서 10km | 해양 통신 |
저주파 (LF) | 30KHz ~ 300KHz | 10에서 1km | 해양 통신 |
중파 (MF) | 300KHz ~ 3MHz | 1000 ~ 100m | AM 방송 |
고주파 (HF) | 3MHz ~ 30MHz | 100 ~ 10m | 장거리 항공기 / 선박 통신 |
초고주파 (VHF) | 30MHz ~ 300MHz | 10 ~ 1m | FM 방송 |
초고주파 (UHF) | 300MHz ~ 3GHz | 100 ~ 10cm | 휴대폰 |
초고주파 (SHF) | 3GHz ~ 30GHz | 10 ~ 1cm | 위성 통신, 마이크로파 링크 |
초고주파 (EHF) | 30GHz ~ 300GHz | 10 ~ 1mm | 무선 로컬 루프 |
적외선 | 300GHz ~ 400THz | 1mm ~ 770nm | 가전 |
가시 광선 | 400 THz에서 900 THz | 770nm ~ 330nm | 광통신 |
스펙트럼 할당
전자기 스펙트럼은 누구나 액세스 할 수있는 공통 자원이기 때문에 스펙트럼 내에서 다른 주파수 대역의 사용과 관련하여 여러 국가 및 국제 협약이 체결되었습니다. 개별 국가 정부는 AM / FM 라디오 방송, 텔레비전 방송, 이동 전화, 군사 통신 및 정부 사용과 같은 애플리케이션에 스펙트럼을 할당합니다.
Worldwide, International Telecommunications Union Radio Communication의 기관 (ITU-R) 국은 세계 행정 라디오 회의라고 (WARC) 여러 국가에서 작동 할 수있는 통신 장치를 제조 할 수 있도록 다양한 국가 정부의 스펙트럼 할당을 조정하려고합니다.
전송 제한
전자파 전송에 영향을 미치는 네 가지 제한 사항은 다음과 같습니다.
감쇠
표준 정의에 따르면“신호의 품질 및 강도 저하를 attenuation.”
신호의 강도는 전송 매체의 거리에 따라 떨어집니다. 감쇠 정도는 거리, 전송 매체 및 기본 전송 주파수의 함수입니다. 다른 손상이없는 자유 공간에서도 신호가 더 크고 더 넓은 영역에 퍼지고 있기 때문에 전송 된 신호는 거리에 따라 감쇠됩니다.
왜곡
표준 정의에 따르면“신호의 주파수 구성 요소 또는 신호의 진폭 레벨 간의 기본 관계를 변경하는 모든 변경 사항은 distortion.”
신호 왜곡은 신호의 속성에 방해를 유발하고 신호 품질에 영향을 미치는 원치 않는 구성 요소를 추가하는 프로세스입니다. 이것은 일반적으로 수신 된 신호가 출력으로 윙윙 거리는 소리를 내면서 때때로 완전히 방해받는 FM 수신기에 있습니다.
분산
표준 정의에 따르면“Dispersion 전자기파의 전파 속도가 파장에 따라 달라지는 현상입니다.”
Dispersion전파하는 동안 폭발적인 전자기 에너지가 확산되는 현상입니다. 특히 광섬유와 같은 유선 전송에서 널리 사용됩니다. 연속적으로 빠르게 전송되는 데이터 버스트는 분산으로 인해 병합되는 경향이 있습니다. 와이어의 길이가 길수록 분산 효과가 더 심해집니다. 분산의 효과는 R과 L의 곱을 제한하는 것입니다. 여기서‘R’ 이다 data rate 과 ‘L’ 이다 distance.
소음
표준 정의에 따르면 "원하는 신호의 적절하고 쉬운 수신 및 재생을 방해하는 경향이있는 원치 않는 에너지 형태를 노이즈라고합니다."
가장 널리 퍼진 소음은 다음과 같습니다. thermal noise. 종종 가산 성 가우스 모델을 사용하여 모델링됩니다. 열 노이즈는 전자의 열적 교반으로 인해 발생하며 주파수 스펙트럼에 균일하게 분포됩니다.
다른 형태의 소음은 다음과 같습니다.
Inter modulation noise − 반송파 주파수의 합 또는 차이 인 주파수에서 생성 된 신호로 인해 발생합니다.
Crosstalk − 두 신호 간의 간섭.
Impulse noise− 외부 전자기 장애로 인한 불규칙한 고 에너지 펄스. 임펄스 노이즈는 아날로그 데이터에 큰 영향을 미치지 않을 수 있습니다. 그러나 디지털 데이터에 눈에 띄는 영향을 미치므로 버스트 오류가 발생합니다.
이 장에서는 전파의 특성, 전파의 전파 및 유형과 같은 다양한 흥미로운 주제를 살펴 보겠습니다.
전파
전파는 생성하기 쉽고 건물을 통과하고 장거리를 이동할 수 있기 때문에 실내 및 실외 통신에 널리 사용됩니다.
주요 기능은-
무선 전송은 Omni directional 본질적으로 송신기와 수신기를 물리적으로 정렬 할 필요가 없습니다.
전파의 주파수는 전송의 많은 특성을 결정합니다.
저주파에서는 파도가 장애물을 쉽게 통과 할 수 있습니다. 그러나 그 힘은 거리에 대해 역 제곱 관계로 떨어집니다.
고주파수는 빗방울에 흡수되기 쉽고 장애물에 반사됩니다.
전파의 전송 범위가 길기 때문에 전송 간의 간섭은 해결해야 할 문제입니다.
VLF, LF 및 MF 대역에서 파동의 전파는 ground waves지구의 곡률을 따르십시오. 이 파도의 최대 전송 범위는 수백 킬로미터 정도입니다. AM (Amplitude Modulation) 라디오 방송과 같은 저 대역폭 전송에 사용됩니다.
HF 및 VHF 대역 전송은 지구 표면 근처의 대기에 흡수됩니다. 그러나 방사선의 일부는sky wave, 상층 대기에서 전리층으로 바깥쪽으로 위쪽으로 방사됩니다. 전리층은 태양의 복사로 인해 형성된 이온화 된 입자를 포함합니다. 이 이온화 된 입자는 하늘 파도를 지구로 다시 반사합니다. 강력한 하늘 파는 지구와 전리층 사이에 여러 번 반사 될 수 있습니다. 하늘 파도는 아마추어 햄 라디오 운영자와 군사 통신에 사용됩니다.
전파 전파
에 Radio communication systems, 우리는 무선 전자파를 채널로 사용합니다. 이러한 목적으로 다양한 사양의 안테나를 사용할 수 있습니다. 이러한 안테나의 크기는 전송할 신호의 대역폭과 주파수에 따라 다릅니다.
대기와 자유 공간에서 전자파 전파 모드는 다음 세 가지 범주로 나눌 수 있습니다.
- 가시선 (LOS) 전파
- 지상파 전파
- 스카이 웨이브 전파
ELF (극 저주파) 및 VLF (초 저주파) 주파수 대역에서 지구와 전리층은 전자기파 전파를위한 도파관 역할을합니다.
이러한 주파수 범위에서 통신 신호는 실제로 전 세계로 전파됩니다. 채널 대역폭이 작습니다. 따라서 이러한 채널을 통해 전송되는 정보는 속도가 느리고 디지털 전송에 국한됩니다.
가시선 (LOS) 전파
전파 모드 중이 가시선 전파는 우리가 흔히 발견하는 전파입니다. 에서line-of-sight communication, 이름에서 알 수 있듯이 파도는 최소 시야 거리를 이동합니다. 즉, 육안으로 볼 수있는 거리까지 이동합니다. 이제 그 후에는 어떻게됩니까? 신호를 증폭하고 다시 전송하려면 여기에 증폭기 겸 송신기를 사용해야합니다.
다음 다이어그램을 통해 더 잘 이해할 수 있습니다.
그림은이 전파 모드를 매우 명확하게 보여줍니다. 전송 경로에 장애물이 있으면 가시선 전파가 원활하지 않습니다. 이 모드에서는 신호가 더 짧은 거리로만 이동할 수 있으므로이 전송은infrared 또는 microwave transmissions.
지상파 전파
파동의 지상파 전파는 지구의 윤곽을 따릅니다. 이러한 파동을direct wave. 파도는 때때로 지구의 자기장으로 인해 구부러져 수신기에 반사됩니다. 이러한 파동은 다음과 같이 불릴 수 있습니다.reflected wave.
위의 그림은 지상파 전파를 보여줍니다. 지구 대기를 통해 전파되는 파도는 다음과 같이 알려져 있습니다.ground wave. 직접 파와 반사파는 함께 수신기 스테이션에서 신호에 기여합니다. 웨이브가 마침내 수신기에 도달하면 지연이 취소됩니다. 또한 신호는 왜곡을 방지하기 위해 필터링되고 선명한 출력을 위해 증폭됩니다.
스카이 웨이브 전파
스카이 웨이브 전파는 웨이브가 더 먼 거리를 이동해야 할 때 선호됩니다. 여기서 파도는 하늘에 투영되고 다시 지구에 반사됩니다.
그만큼 sky wave propagation위 그림에서 잘 묘사되어 있습니다. 여기서 파동은 한 곳에서 전송되고 많은 수신기가 수신하는 것으로 표시됩니다. 따라서 방송의 예입니다.
송신기 안테나에서 전송되는 파동은 전리층에서 반사됩니다. 그것은 지구 표면에서 30-250 마일 위의 고도에 이르는 여러 층의 하전 입자로 구성됩니다. 송신기에서 전리층으로 그리고 거기에서 지구상의 수신기로의 이러한 파동의 이동은 다음과 같이 알려져 있습니다.Sky Wave Propagation. 전리층은 지구 대기 주위의 이온화 된 층으로, 하늘 파 전파에 적합합니다.
지구의 대기에는 여러 층이 있습니다. 이러한 계층은 무선 통신에서 중요한 역할을합니다. 이들은 주로 3 개의 층으로 분류됩니다.
대류권
이것은 땅 바로 위에있는 지구의 층입니다. 우리, 동식물이이 층에 살고 있습니다. 지상파 전파 및 LOS 전파가 여기서 발생합니다.
천장
이것은 대류권 위에있는 지구의 층입니다. 새들은이 지역에서 날아갑니다. 비행기는이 지역을 여행합니다. 오존층도이 지역에 존재합니다. 지상파 전파 및 LOS 전파가 여기서 발생합니다.
전리층
이것은 이온화가 눈에 띄는 지구 대기의 상층입니다. 태양이 방출하는 에너지는이 지역을 가열 할뿐만 아니라 양이온과 음이온을 생성합니다. 태양은 지속적으로 자외선을 방출하고 기압이 낮기 때문에이 층은 입자의 이온화를 촉진합니다.
전리층의 중요성
전리층은 다음과 같은 이유로 파동 전파 단계에서 매우 중요한 고려 사항입니다.
전리층 아래의 층은 더 많은 양의 공기 입자와 낮은 UV 복사를 가지고 있습니다. 이로 인해 더 많은 충돌이 발생하고 입자의 이온화가 최소화되고 일정하지 않습니다.
전리층 위의 층은 공기 입자의 양이 매우 적고 이온화 밀도도 매우 낮습니다. 따라서 이온화는 적절하지 않습니다.
전리층은 이온화에 영향을 미치지 않는 UV 방사선과 평균 공기 밀도의 좋은 구성을 가지고 있습니다. 따라서이 레이어는 스카이 웨이브 전파에 가장 큰 영향을 미칩니다.
전리층은 압력이 다른 다양한 가스를 가지고 있습니다. 다른 이온화 에이전트는 다른 높이에서 이들을 이온화합니다. 다양한 수준의 이온화가 각 수준에서 수행되고 서로 다른 가스를 가지므로 전리층에는 서로 다른 특성을 가진 층이 거의 형성되지 않습니다.
전리층의 층은 다음 그림에서 연구 할 수 있습니다.
레이어의 수, 높이, 구부릴 수있는 하늘 물결의 양은 매일, 매달, 그리고 해마다 다릅니다. 이러한 각 레이어에는 주파수가 있으며 그 위에 파도가 수직으로 위쪽으로 보내지면 레이어를 관통합니다.
이러한 레이어의 기능은 낮 시간, 즉 낮 시간과 밤 시간에 따라 달라집니다. 주간에는 E, F1 및 F2의 세 가지 주요 계층이 있습니다. E 레이어 아래에 D 레이어라는 또 다른 레이어가 있습니다. 이 층은 대류권 위 50 ~ 90km에 있습니다.
다음 그림은 지구의 대기에서 낮과 밤 모두에 존재하는 층을 묘사합니다.
이 D 층은 HF 파동의 주간 감쇠를 담당합니다. 야간에는이 D 층이 거의 사라지고 F1과 F2 층이 결합하여 F 층을 형성합니다. 따라서layers E and F 에 현재 night time.
파도가 전파되는 과정에서 우리가 자주 접하는 용어는 거의 없습니다. 이 용어에 대해 하나씩 논의하겠습니다.
가상 높이
파동이 굴절되면 점차적으로 구부러 지지만 급격하게 구부러지지는 않습니다. 그러나 입사 파와 반사파의 경로는이 층의 더 높은 곳에 위치한 표면에서 반사되면 동일합니다. 이러한 더 큰 높이를 가상 높이라고합니다.
그림은 명확하게 구별합니다 virtual height (반사되어야하는 파도의 높이) actual height(굴절 된 높이). 가상 높이를 알고 있으면 입사각을 찾을 수 있습니다.
임계 주파수
계층에 대한 임계 주파수는 송신기에 의해 빔이 발사 된 후 하늘로 곧바로 해당 계층에 의해 지구로 반환 될 최고 주파수를 결정합니다.
이온화 밀도의 비율은 레이어를 통해 편리하게 변경 될 때 파동이 아래쪽으로 구부러집니다. 구부러져 최소 감쇠로 수신기 스테이션에 도달하는 최대 주파수는 다음과 같이 불릴 수 있습니다.critical frequency. 이것은 다음과 같이 표시됩니다.fc.
다중 경로
30MHz 이상의 주파수의 경우 하늘 파 전파가 존재합니다. 신호 다중 경로는 스카이 웨이브를 통과하는 전자파 전파의 일반적인 문제입니다. 전리층에서 반사되는 파동은hop 또는 skip. 신호가 전리층과 지구 표면에서 여러 번 앞뒤로 이동할 수 있으므로 신호에 대해 많은 홉이있을 수 있습니다. 이러한 신호의 움직임은 다음과 같이 불릴 수 있습니다.multipath.
위의 그림은 다중 경로 전파의 예를 보여줍니다. 다중 경로 전파는 신호가 목적지에 도달하기 위해 이동하는 다중 경로를 설명하는 용어입니다. 이러한 경로에는 여러 홉이 포함됩니다. 경로는 반사, 굴절 또는 회절의 결과 일 수 있습니다. 마지막으로, 이러한 다른 경로의 신호가 수신기에 도달하면 전파 지연, 추가 노이즈, 위상 차이 등을 전달하여 수신 된 출력의 품질을 저하시킵니다.
페이딩
신호 품질의 저하를 다음과 같이 표현할 수 있습니다. fading. 이것은 대기 효과 또는 다중 경로로 인한 반사 때문에 발생합니다.
페이딩은 시간 / 거리에 대한 신호 강도의 변화를 나타냅니다. 무선 전송에서 널리 퍼져 있습니다. 무선 환경에서 페이딩의 가장 일반적인 원인은 다중 경로 전파 및 이동성 (객체 및 통신 장치)입니다.
건너 뛰기 거리
전리층에서 반사 된 신호가 최소 홉 또는 스킵으로 수신기에 도달 할 수있는 송신기에서 수신기까지 지구 표면의 측정 가능한 거리는 다음과 같이 알려져 있습니다. skip distance.
최대 사용 가능 주파수 (MUF)
그만큼 Maximum Usable Frequency (MUF)송신기의 전력에 관계없이 송신기가 전달하는 가장 높은 주파수입니다. 전리층에서 수신기로 반사되는 가장 높은 주파수를critical frequency, fc.
$$MUF = \frac{Critical\ frequency}{\cos\theta} = f_{c}\sec\theta$$최적 작동 주파수 (OWF)
특정 전송에 주로 사용되며 특정 기간 동안 경로를 통해 사용될 것으로 예측되는 주파수를 다음과 같이 지칭합니다. Optimum Working Frequency (OWF).
인터 심볼 간섭
Inter symbol interference(ISI)는 통신 시스템에서 더 일반적으로 발생합니다. 이것이 신호 다중 경로의 주된 이유이기도합니다. 신호가 다른 전파 경로를 통해 수신 스테이션에 도착하면 서로 상쇄됩니다.signal fading. 여기서 신호는 벡터 방식으로 자체적으로 상쇄된다는 점을 기억해야합니다.
피부 깊이
전자기파는 수중 전파에 적합하지 않습니다. 그러나 전파 빈도를 극도로 낮게 만들면 물 속에서 전파 될 수 있습니다. 수중 전자기파의 감쇠는 피부 깊이로 표현됩니다.Skin depth신호가 1 / e로 감쇠되는 거리로 정의됩니다. EM 파가 침투 할 수있는 깊이의 척도입니다. 피부 깊이는 다음과 같이 표현됩니다.δ (델타).
덕트 전파
대류권에서 약 50 미터 높이에 현상이 존재합니다. 온도는 높이에 따라 증가합니다. 이 대류권 지역에서 고주파 또는 마이크로파 주파수는 반사를 위해 전리층으로 발사하는 대신 지구 대기로 다시 굴절되는 경향이 있습니다. 이 파도는 최대 1000km의 거리까지도 지구의 곡률 주위로 전파됩니다.
이 굴절은 대류권의이 지역에서 계속됩니다. 이것은 다음과 같이 불릴 수 있습니다.Super refraction 또는 Duct propagation.
위의 이미지는 Duct Propagation. 덕트 형성의 주요 요구 사항은 온도 반전입니다. 온도의 감소보다는 높이에 따른 온도의 상승을 온도 반전 현상이라고합니다.
우리는 파동 전파에서 접하는 중요한 매개 변수에 대해 논의했습니다. 더 높은 주파수의 파동은이 파동 전파 기술을 사용하여 송수신됩니다.