안테나(무선)

Antenna (radio)
안테나
Antenna.jpg
'물고기뼈'와 '야기우다' TV 안테나 스택
작동 원리전자파 복사
발명된하인리히 헤르츠
제1회 생산1886
전자 기호
IEEE 315 Fundamental Items Symbols (55).svg IEEE 315 Fundamental Items Symbols (56).svg
전파를 방사하는 반파장 다이폴레안테나의 애니메이션으로 전계선을 보여줍니다.중앙의 안테나는 무선 송신기에 연결된 두 개의 수직 금속 막대입니다(그림은 표시되지 않음).송신기는 로드에 교류 전류를 인가하여 로드를 양극(+)과 음극(-)으로 번갈아 충전합니다.전계 루프는 안테나를 떠나 빛의 속도로 이동합니다.이것들은 전파입니다.이 애니메이션에서는 동작이 엄청나게 느려지는 것을 보여준다.

무선 공학에서 안테나 또는 안테나는 공간을 전파하는 전파와 금속 도체 내에서 이동하는 전류 사이의 인터페이스로, 송신기 또는 [1]수신기와 함께 사용됩니다.송신시에, 무선 송신기는 안테나의 단자에 전류를 공급해, 안테나는 전자파(전파)로서 전류로부터 에너지를 방사한다.수신 에 안테나는 전파의 전력 일부를 차단하여 단자에서 전류를 발생시키고, 이를 증폭하는 수신기에 인가한다.안테나는 모든 무선 [2]기기의 필수 컴포넌트입니다.

안테나는 수신기 또는 송신기에 전기적으로 연결된 도체(소자)의 배열입니다.안테나는 모든 수평방향으로 전파를 균등하게 송수신하도록 설계할 수 있습니다(전방향 안테나), 또는 특정 방향(방향성 안테나, 고이득 안테나 또는 '빔' 안테나).안테나는 송신기에 접속되지 않은 컴포넌트, 포물선 반사기, 또는 전파를 빔 또는 기타 원하는 방사 패턴으로 유도하는 역할을 하는 기생 소자를 포함할 수 있다.1/2 파장보다 훨씬 작은 크기의 안테나는 강력한 지향성과 우수한 전송 효율을 달성하기 어렵다.

최초의 안테나는 1888년 독일 물리학자 하인리히 헤르츠가 제임스 클락 맥스웰의 전자기 이론에 의해 예측된 파동의 존재를 증명하기 위해 그의 선구적인 실험에서 만들어졌다.Hertz는 쌍극자 안테나를 포물선 리플렉터의 초점에 배치하여 [3]송수신을 모두 했습니다.1895년부터, 굴리엘모 마르코니는 장거리 무선 전신을 위한 실용적인 안테나 개발을 시작했고, 그 공로로 노벨상을 [4]받았습니다.

용어.

안테나용 전자 기호

안테나와 안테나라는 단어는 서로 바꿔서 사용된다.경우에 따라서는 "에어리얼"이라는 동등한 용어가 고가 수평 와이어 안테나를 의미하기 위해 사용됩니다.무선 기기와 관련된 안테나라는 단어의 기원은 이탈리아의 라디오 선구자 굴리엘모 마르코니에서 유래했다.1895년 여름, 마르코니는 볼로냐 근처의 아버지의 사유지에서 야외에서 무선 시스템을 테스트하기 시작했고 곧 장대에 [4]매달린 긴 와이어 에어리얼을 실험하기 시작했습니다.이탈리아어로 텐트 기둥은 란테나 센트랄레로 알려져 있고, 철사가 달린 기둥은 간단히 란테나라고 불립니다.그때까지 무선 송수신 요소는 단순히 "단말기"로 알려져 있었습니다.그의 두각을 나타냈기 때문에, 마르코니의 안테나라는 단어 사용은 무선 연구자들과 열성자들 사이에서, 그리고 나중에는 일반 [5][6][7]대중들에게 퍼졌다.

안테나는 서포트 구조, 인클로저(존재하는 경우) 등 실제 기능 컴포넌트에 더해 어셈블리 전체를 가리킬 수 있습니다.수신 안테나는 패시브 금속 수신 소자뿐만 아니라 집적 프리앰프 또는 믹서, 특히 마이크로파 주파수 이상의 것을 포함할 수 있다.

개요

Atacama Large Millimeter/[8]submillimeter 어레이의 안테나.

안테나는 모든 무선 수신기 또는 송신기에서 전자기장에 [9]대한 전기적 연결을 결합하기 위해 필요합니다.전파는 거의 전송 손실 없이 빛의 속도로 공기(또는 공간)를 통해 신호를 전달하는 전자파입니다.

자동차의 휘핑 안테나, 전방향 안테나의 일반적인 예.

안테나는 거의 모든 수평 방향으로 에너지를 거의 균등하게 방사하는 전방향성 또는 일부 방향으로 전파가 집중되는 방향으로 분류할 수 있습니다.이른바 빔 안테나는 단방향이며, 다른 많은 안테나는 다양한 방향의 스테이션을 수용하도록 설계되어 있지만 실제로는 전방향은 아닙니다.안테나는 상호성을 따르기 때문에 전파 수신뿐만 아니라 송신에도 동일한 방사선 패턴이 적용됩니다.모든 수직 각도와 수평 각도로 균등하게 방사되는 가상의 안테나를 등방성 라디에이터라고 하지만 실제로는 존재할 수 없으며 특별히 바람직하지도 않습니다.대부분의 지상 통신에서는 오히려 수평 방향을 선호하여 하늘이나 지상으로 향하는 방사선을 줄일 수 있는 이점이 있다.수평으로 지향하는 다이폴 안테나는 도체 방향으로 에너지를 보내지 않지만(안테나 늘이라고 함) 대부분의 다른 방향에서 사용할 수 있습니다.이러한 다이폴 소자의 다수의 조합은 단일 수평방향, 즉 빔 안테나에 유리하도록 야기~우다 의 안테나 어레이로 할 수 있다.

대부분의 안테나 설계의 기초가 되는 다이폴 안테나는 2개의 단자에 동일하지만 반대되는 전압과 전류가 인가되는 균형 잡힌 컴포넌트입니다.수직 안테나는 단극 안테나로 접지와 균형이 맞지 않습니다.접지(또는 큰 전도성 표면)는 쌍극자의 두 번째 도체 역할을 합니다.모노폴 안테나는 전도성 표면에 의존하기 때문에 지구 표면에 장착된 효과에 근접하기 위해 접지면과 함께 장착될 수 있다.

전송 중에 다이폴 안테나(검은 막대)가 방사하는 전계(파란색) 및 자기장(빨간색)의 다이어그램.

안테나가 복잡할수록 안테나의 지향성이 높아집니다.안테나 구조의 추가 요소(수신기 또는 송신기에 직접 연결할 필요가 없음)는 안테나 구조의 방향성을 높입니다.안테나 "게인"은 특정 공간의 입체 각도에 복사 전력이 집중되는 것을 나타냅니다.전력의 순증가를 의미하는 증폭기 "게인"과 비교하여 "게인"은 아마도 불행하게도 선택된 용어일 것입니다.반대로 안테나의 "게인"의 경우, 원하는 방향으로 증가하는 전력은 원치 않는 방향으로 감소하는 전력을 희생합니다.증폭기와 달리 안테나는 전기적으로 '패시브'한 디바이스로 총전력을 절약하며 전원(송신기)에서 공급되는 총전력을 상회하는 것은 없으며 총전력의 배분이 개선될 뿐입니다.

단계별 어레이는 전기 네트워크를 통해 서로 연결된 2개 이상의 간단한 안테나로 구성됩니다.여기에는 많은 경우 일정한 간격을 두고 다수의 병렬 쌍극자 안테나가 필요합니다.네트워크에 의해 도입된 상대적 위상에 따라 같은 쌍극자 안테나의 조합은 '광대측 어레이'(소자를 연결하는 선에 대해 수직 방향) 또는 '엔드파이어 어레이'(소자를 연결하는 선에 따라 방향)로 동작할 수 있습니다.안테나 어레이는 다이폴, 루프, 슬롯 안테나 등 기본(전방향 또는 약방향) 안테나 유형을 사용할 수 있습니다.이들 요소는 대부분의 경우 동일합니다.

로그 주기 및 주파수에 의존하지 않는 안테나는 광범위한 대역폭에서 작동하기 위해 자기 유사성을 사용합니다.가장 친숙한 예는 로그 주기적 쌍극자 어레이입니다.이것은 엔드파이어 어레이에서 연속적인 길이를 가진 연결된 쌍극자 요소의 수(일반적으로 10~20개)로 볼 수 있기 때문에, 특히 텔레비전 수신의 옥상 안테나로서 사용됩니다.한편, 다소 유사한 외관을 가진 Yagi-Uda 안테나(또는 단순히 "Yagi")는 전기적 접속을 가진 다이폴 소자가 1개뿐이며, 다른 기생 소자는 전자장과 상호작용하여 높은 지향성 안테나를 실현하지만 대역폭은 좁다.

포물선 리플렉터나 혼 안테나 등의 조리개 안테나를 사용하면 보다 큰 방향성을 얻을 수 있다.안테나의 높은 지향성은 파장에 비해 큰 것에 의존하기 때문에 높은 주파수(UHF 이상)에서는 높은 지향성 안테나(안테나 게인)가 실용화된다.

저주파(AM 방송 등)에서는 방향성을 달성하기 위해 수직 타워 배열이[10] 사용되며, 이들은 넓은 면적의 땅을 차지하게 됩니다.수신의 경우 긴 음료 안테나가 상당한 방향성을 가질 수 있습니다.비방향성 휴대용의 경우 짧은 수직 안테나 또는 작은 루프 안테나가 잘 작동하며 주요 설계 과제는 임피던스 매칭입니다.수직 안테나의 경우 안테나 밑면에 있는 부하 코일을 사용하여 임피던스의 반응성 성분을 취소할 수 있습니다. 작은 루프 안테나는 이 목적을 위해 병렬 캐패시터와 함께 튜닝됩니다.

안테나 리드인은 송신기 또는 수신기에 안테나를 연결하는 전송선 또는 피드선입니다."안테나 피드"는 전송 선로 외에 임피던스 매칭 네트워크와 같이 안테나를 송신기 또는 수신기에 연결하는 모든 구성 요소를 나타낼 수 있습니다.경음기 또는 포물선 접시와 같은 이른바 "어퍼처 안테나"에서 "피드"는 안테나 시스템의 유일한 활성 소자로 간주될 수 있는 반사 소자의 전체 시스템(일반적으로 포물선 접시의 초점 또는 경음기의 목 부분)에 내장된 기본 방사 안테나를 지칭할 수도 있다.마이크로파 안테나는 (도전성) 전송로 대신 도파관으로부터 직접 공급되어도 좋다.

안테나 카운터포이즈 또는 접지면은 접지를 개선하거나 대체하는 전도성 재료의 구조입니다.자연 접지와 연결되거나 절연될 수 있습니다.모노폴 안테나에서는 특히 지상의 특성의 변화(또는 한계)가 지상의 적절한 기능을 방해할 경우, 이것은 지상의 기능에 도움이 됩니다.이러한 구조는 통상, 동축 케이블의 실드등의 불균형한 전송로의 리턴 접속에 접속됩니다.

일부 조리개 안테나의 전자파 굴절기는 그 형상 및 위치 기능에 의해 전자파를 통과하는 전자파 전선의 일부를 선택적으로 지연 또는 전진시키는 부품이다.굴절기는 한쪽 파동의 공간적 특성을 반대쪽 파동에 상대적으로 변화시킵니다.예를 들어 안테나 시스템의 지향성을 최대화하기 위해 파동을 초점에 맞추거나 다른 방법으로 파전면을 변경할 수 있습니다.이것은 광학 렌즈에 상당하는 무선입니다.

안테나 커플링 네트워크는 안테나와 송신기 또는 수신기 사이의 임피던스 정합에 사용되는 패시브 네트워크(일반적으로 유도 회로 소자와 용량 회로 소자의 조합)입니다.이는 전송선의 정재파비를 감소시킴으로써 공급선의 손실을 최소화하고 송신기 또는 수신기에 최적의 동작에 필요한 표준 저항 임피던스를 제공하는 데 사용할 수 있습니다.공급 지점 위치가 선택되고, 튜너 구성요소와 전기적으로 유사한 안테나 요소가 안테나 구조 자체에 통합되어 매치가 개선될 수 있습니다.

상호주의

안테나가 [11][12]송수신하고 있는지 여부에 관계없이 게인, 방사 패턴, 임피던스, 대역폭, 공진 주파수 및 편파다음 섹션에서 설명하는 안테나의 전기적 특성이 동일하다는 것은 안테나의 기본 특성입니다.예를 들어 수신에 사용할 때의 안테나의 '수신 패턴'(방향의 함수로서의 감도)은 구동 시의 안테나의 방사 패턴과 동일하며 라디에이터로서 기능한다.이것은 전자기학의 [12]상호성 정리의 결과이다.따라서 안테나 특성에 대한 논의에서는 일반적으로 수신과 송신 용어 사이에 구분이 없으며 안테나는 송수신 중 어느 쪽이 편리한 것으로 볼 수 있습니다.

상기 상호성의 필요조건은 안테나 및 송신매체 내의 재료가 직선적이고 상호적이라는 것이다.상호(또는 쌍방향)는 물질이 한 방향의 전류 또는 자기장에 대해 반대 방향의 필드 또는 전류에 대해 반응하는 것과 동일한 반응을 갖는 것을 의미합니다.안테나에 사용되는 대부분의 재료는 이러한 조건을 충족하지만 일부 마이크로파 안테나는 페라이트 [11][12]같은 비호환성 재료로 만들어진 아이솔레이터순환기 같은 첨단 부품을 사용합니다.이러한 기능을 사용하여 수신 시 안테나에 [11]송신 시와는 다른 동작을 제공할 수 있습니다.이 동작은 레이더와 같은 어플리케이션에서 유용합니다.

공명 안테나

안테나 설계의 대부분은 공명 원리에 기초하고 있습니다.이는 광학적 특성이 변화할 때 빛이 반사되는 것과 유사한 방식으로 유전율이 변화하는 표면에서 반사되는 이동 전자의 거동에 의존합니다.이러한 설계에서 반사 표면은 도체의 끝(일반적으로 얇은 금속 와이어 또는 막대)에 의해 형성되며, 가장 단순한 경우 한쪽 끝에는 전송 라인에 연결된 공급 지점이 있습니다.도체 또는 소자는 원하는 신호의 전기장과 정렬되어 있으며, 이는 일반적으로 안테나에서 소스(또는 브로드캐스트 [13]안테나의 경우 수신기)까지의 라인에 수직임을 의미합니다.

무선 신호의 전기 구성요소는 도체에 전압을 유도합니다.이로 인해 전류가 신호의 순간장 방향으로 흐르기 시작합니다.결과 전류가 도체의 끝에 도달하면 반사됩니다. 이는 위상의 180도 변화에 해당합니다.컨덕터가파장 길이 14의 급전점에서 전류는 도체 끝에 도달할 때까지 90도 위상 변화를 일으켜 180도 반사되고, 그 후 다시 이동할 때 90도 위상 변화를 일으킵니다.즉, 360도 위상변화를 일으켜 원래 신호로 돌아갑니다.따라서 소자의 전류는 해당 순간 소스에서 생성되는 전류에 추가됩니다.이 프로세스는 공급 [14]시 최대 전류가 흐르는 도체에 정재파를 생성합니다.

일반적인 반파장 다이폴은 아마도 가장 널리 사용되는 안테나 설계일 것입니다.이것은 엔드 투 엔드로 배치되어 기본적으로 동일한 축(또는 공선)을 따라 배치되어 있는 2개 1⁄4 파장 소자로 구성되어 있으며, 각 소자는 2개의 컨덕터 전송 와이어의 한쪽에 전력을 공급합니다.두 소자의 물리적 배치는 180도 어긋납니다.즉, 소자 중 하나가 송전선에 전류를 흘려보내는 동안 다른 한 소자는 송전선에 전류를 흘려보내는 것입니다.모노폴 안테나는 기본적으로 반파장 다이폴의 절반이며, 다른 한쪽이 접지 또는 동등한 접지 평면(또는 평형)에 연결되어 있는 단일 1⁄4 파장 소자입니다.다이폴의 1/2 크기인 모노폴은 실제로는 다이폴이 큰 장파장 무선 신호에서 흔히 볼 수 있습니다. 다른 일반적인 디자인은 접힌 쌍극자로, 두 개 이상의 반파장 쌍극자가 나란히 배치되어 양 끝에 연결되지만 그 중 하나만 구동됩니다.

정재파는 설계 동작 주파수 f에서 원하는o 패턴으로 형성되며 안테나는 보통 이 크기로 설계됩니다.단, 그 소자0 3f(파장o f의 1⁄3인 것)를 공급하면 정재파 패턴도 생긴다.따라서 안테나 소자의 길이가 파장의 34일 때도 공진한다.이것은 1/4 파장의 홀수 배수에 모두 해당됩니다.이것에 의해, 안테나 길이와 피드 포인트의 관점에서 어느 정도 유연한 설계가 가능하게 됩니다.이렇게 사용되는 안테나는 조화롭게 [15]작동하는 것으로 알려져 있다.공명 안테나는 보통 선형 도체(또는 소자) 또는 이러한 소자의 쌍을 사용합니다. 각 소자의 길이는 파장의 약 4분의 1입니다(파장의 4분의 1의 홀수 배수도 공명합니다).파장에 비해 작아야 하는 안테나는 효율이 저하되어 방향성이 매우 낮습니다.고주파(UHF, 마이크로파)에서는 파장이 매우 작기 때문에 일반적으로 더 작은 물리적 크기를 얻기 위해 성능을 교환할 필요가 없습니다.

공진 주파수로 구동되는 반파장 다이폴의 정재파.파형은 안테나 상의 해당 지점의 양 진폭에 비례하는 폭의 색상 막대(전압은 빨간색, 전류는 파란색, I)로 그래픽으로 표시됩니다.

전류 및 전압 분포

4분의 1파 소자는 도체를 따라 존재하는 정재파 때문에 직렬 공진 전기 소자를 모방합니다.정재파는 공진주파수에서 전류피크와 공급시 전압노드(최소)를 가진다.전기적 측면에서 이는 소자가 최소 리액턴스를 가지며 최소 전압에 대한 최대 전류를 발생시킨다는 것을 의미합니다.이는 최소 입력에 대한 최대 출력을 생성하여 최대한의 효율을 내기 때문에 이상적인 상황입니다.이상적인 (무손실) 직렬 공진 회로와 달리, 안테나의 방사선 저항 및 실제 전기적 손실로 인해 제한된 저항(피드 포인트의 비교적 작은 전압에 해당)이 유지됩니다.

재료의 전기적 특성에 변화가 있을 때 전류가 반사된다는 점을 기억하십시오.수신 신호를 전송 라인으로 효율적으로 전송하려면 전송 라인이 안테나 연결 지점과 동일한 임피던스를 갖는 것이 중요합니다. 그렇지 않으면 신호 중 일부가 안테나 본체에 역반사됩니다. 마찬가지로 송신기 신호 전력의 일부가 t로 반사됩니다.랜스미터(공급선이 안테나와 결합하는 부분의 전기적 임피던스에 변화가 있는 경우).이를 통해 임피던스 매칭의 개념, 즉 임피던스가 가능한 한 근접하도록 안테나와 전송선의 전체 시스템을 설계하여 이러한 손실을 줄일 수 있습니다.임피던스 매칭은 송신기와 안테나 사이의 안테나 튜너 또는 임피던스 매칭 네트워크라고 불리는 회로에 의해 이루어집니다.피드라인과 안테나 간의 임피던스 일치는 피드라인의 정재파비(SWR)라는 파라미터에 의해 측정됩니다.

파장이 1m인 신호로 동작하도록 설계된 반파장 다이폴을 생각해 봅시다.즉, 안테나는 끝에서 끝까지 약 50cm입니다.소자의 길이 대 지름 비율이 1000인 경우 저항성이 약 63옴인 고유 임피던스를 갖게 됩니다.적절한 전송 와이어 또는 풍선을 사용하여 이 저항을 일치시켜 신호 반사를 최소화합니다.이 안테나에 1A의 전류를 공급하려면 63V가 필요하며 안테나는 63W(무시 손실)의 무선 주파수 전력을 방사합니다.이제 안테나에 1.25m의 파장을 가진 신호가 공급되는 경우를 생각해 보겠습니다.이 경우 신호에 의해 유도되는 전류가 신호와 동상이 아닌 안테나 피드 포인트에 도달하여 전압이 그대로 유지된 상태에서 순 전류가 떨어집니다.전기적으로 이것은 매우 높은 임피던스로 보입니다.안테나와 전송 라인의 임피던스가 동일하지 않게 되어 신호가 안테나에 반사되어 출력이 감소합니다.이 문제는 안테나와 전송선 사이의 매칭 시스템을 변경함으로써 해결할 수 있지만, 이 솔루션은 새로운 설계 주파수에서만 잘 작동합니다.

그 결과 소스 신호의 주파수가 안테나의 설계 주파수 또는 공진 배수에 가까운 경우에만 공진 안테나가 효율적으로 신호를 전송선에 공급합니다.따라서 공명 안테나 설계는 본질적으로 협대역입니다.공명을 중심으로 하는 소수의 주파수 범위에서만 유용합니다.

전기적으로 단락된 안테나

로딩 코일이 있는 일반적인 센터 로드 모바일 CB 안테나

간단한 임피던스 매칭 기술을 사용하여 모노폴 또는 다이폴 안테나를 사용할 수 있습니다. 각각 공진하는 파장은 1/4 또는 1/2입니다.이러한 안테나의 길이가 짧아짐에 따라(특정 주파수에 대해) 임피던스는 직렬 용량성(음) 리액턴스에 의해 좌우됩니다.적절한 크기의 "로드 코일"(등가 및 반대(양) 리액턴스를 갖는 직렬 인덕턴스)을 추가하면 안테나의 용량성 리액턴스는 순수한 저항만 남기고 취소될 수 있습니다.

때때로 이러한 시스템의 결과(낮은) 전기공진주파수(안테나+매칭 네트워크)는 전기장 개념을 사용하여 설명되므로, 공진주파수보다 낮은 주파수로 사용되는 안테나를 전기적으로 짧은[16] 안테나라고 합니다.

예를 들어 30MHz(10m 파장)에서 진정한 공진 1/4파 모노폴의 길이는 거의 2.5m이며, 1.5m 높이만 안테나를 사용할 경우 부하 코일을 추가해야 합니다.그러면 코일이 안테나를 길게 하여 2.5미터의 전기 길이를 달성했다고 할 수 있습니다.그러나 결과적으로 달성되는 저항 임피던스는 실제 1/4파(공진) 모노폴보다 상당히 낮기 때문에 종종 원하는 전송 라인에 대한 추가 임피던스 매칭(변압기)이 필요합니다.더 짧은 안테나의 경우(더 큰 "전기적 연장"이 필요함) 방사선 저항 플럼메트(약적으로 안테나 길이의 제곱에 따라) 전기 공명으로부터 떨어진 순 리액턴스로 인한 불일치가 악화된다.또는 안테나 시스템의 등가 공진회로가 높은 Q계수[16]가지며 따라서 대역폭이 감소하여 송신신호의 스펙트럼에 적합하지 않을 수 있다고 말할 수도 있습니다.부하 코일에 의한 저항 손실은 방사선 저항의 감소에 비해 전기 효율의 저하를 수반하며, 이는 송신 안테나의 큰 우려 사항이지만, 대역폭은 안테나의 크기를 1MHz 이하로 설정하는 주요[dubious ][dubious ] 요인입니다.

어레이 및 리플렉터

이 스택과 같은 옥상 텔레비전의 Yagi-Uda 및 로그 주기("물고기뼈") 어레이 안테나는 VHFUHF 주파수로 널리 사용됩니다.

송신 안테나로부터의 거리의 함수로서의 방사 플럭스는 역제곱 법칙에 따라 변화합니다.이는 송신파의 기하학적 분산을 나타내기 때문입니다.소정의 착신 플럭스에 대해 수신 안테나가 취득하는 전력은 유효 면적에 비례한다.이 파라미터는 수신 안테나가 캡처한 전력량을 수신파의 플럭스와 비교합니다(신호의 전력 밀도로 측정됨(제곱미터당 와트)).반파장 다이폴의 유효면적은 약 0.13㎜이다2.더 높은 게인이 필요한 경우 안테나를 단순히 크게 만들 수 없습니다.수신 안테나의 유효 면적의 제약에 의해, 이미 효율적인 안테나 설계의 경우, 다른 방향으로 안테나의 게인을 줄이는 방법(유효 면적)만이 이득(유효 면적)을 증가시킬 수 있음을 알 수 있습니다.

반파 다이폴을 외부회로에 접속하지 않고 공급점에서 단락시키면 충돌하는 전파에 따라 정파를 효율적으로 생성하는 공명 반파 소자가 된다.이 전력을 흡수하는 부하가 없기 때문에 이 모든 전력을 재전송합니다.아마도 소자의 정확한 길이에 따라 위상 편이가 결정적으로 좌우될 수 있습니다.따라서 이러한 도체는 송신기에 전기적으로 연결된 소자의 방사선 패턴(및 피드 포인트 임피던스)에 영향을 미치기 위해 송신기 신호의 두 번째 복사본을 전송하기 위해 배치될 수 있습니다.이와 같이 사용되는 안테나 요소를 패시브 라디에이터라고 합니다.

Yagi-Uda 배열은 패시브 요소를 사용하여 (다른 방향을 희생하면서) 한 방향의 이득을 크게 증가시킵니다.(매우 특정한 길이의) 다수의 평행 약 반파 소자가 붐을 따라 특정 위치에 서로 평행하게 배치되어 있습니다. 붐은 지지만을 위한 것이며 전기적으로는 관여하지 않습니다.송신기 또는 수신기에 전기적으로 접속되어 있는 요소는 1개뿐이며, 나머지 요소는 수동적입니다.Yagi는 (패시브 요소의 수에 따라) 상당히 큰 게인을 발생시키고 빔의 방향을 제어하는 안테나 로터가 있는 방향성 안테나로 널리 사용됩니다.대역폭이 다소 한정되어 있어 특정 애플리케이션으로 사용이 제한되는 문제가 있습니다.

패시브 라디에이터와 함께 하나의 구동 안테나 소자를 사용하는 것이 아니라 복수의 소자가 상대위상의 파워 스플리터 및 전송로 시스템을 통해 모두 송신기에 의해 구동되는 어레이 안테나를 구축하여 RF전력을 단방향으로 집중시킬 수 있다.게다가 단계별 어레이는 「안정적」으로 할 수 있습니다.즉, 각 소자에 적용되는 위상을 변경함으로써 안테나 소자를 물리적으로 이동시키지 않고 방사선 패턴을 이동할 수 있습니다.또 다른 일반적인 어레이 안테나는 로그 주기적 다이폴 어레이로, Yagi와 외관은 비슷하지만(붐을 따라 다수의 병렬 요소가 있음) 모든 요소가 위상 반전을 통해 인접 요소에 전기적으로 연결되므로 작동 방식이 완전히 다릅니다. 로그 주기적 원리를 사용하여 고유한 특성을 얻습니다.퍼포먼스 특성(게인 및 임피던스)을 매우 큰 대역폭으로 유지합니다.

전파가 큰 전도 시트에 닿으면 거울이 빛을 반사하듯이 반사됩니다(전계의 위상이 반전됨).방향성이 없는 안테나 뒤에 이러한 리플렉터를 배치하면 그 방향으로 가는 전력이 원하는 방향으로 리다이렉트되어 안테나의 이득이 2배 이상 증가합니다.마찬가지로 코너 리플렉터는 안테나의 모든 전력이 공간의 한 사분면(또는 그 이하)에만 집중되어 결과적으로 이득이 증가하도록 보장할 수 있습니다.실질적으로, 반사기는 고체 금속판일 필요는 없지만 안테나의 편광에 맞춰 정렬된 막대 커튼으로 구성될 수 있다. 이는 반사기의 무게와 풍하중을 크게 감소시킨다.전파의 반사도 포물선상의 반사 안테나에 이용된다.이 안테나에서는 곡면반사면이 입사파의 초점을 이른바 피드 안테나에 맞춘다.그 결과 반사체 자체의 크기에 필적하는 유효면적을 가진 안테나 시스템이 된다.렌즈 안테나와 같은 안테나 기술에도 기하학적 광학에서 나온 다른 개념이 사용됩니다.

특성.

안테나의 전력 게인(또는 단순히 "게인")도 안테나의 효율을 고려하며, 대부분의 경우 주요 장점입니다.안테나는 사용자가 특정 어플리케이션의 안테나를 선택하거나 설계할 때 고려해야 할 여러 성능 척도로 특징지어집니다.안테나를 둘러싼 공간에서의 방향 특성의 플롯은 그 방사 패턴이다.

대역폭

안테나가 잘 기능하는 주파수 범위 또는 대역폭은 매우 넓을 수 있습니다(로그 주기 안테나에서처럼). 또는 좁을 수 있습니다(작은 루프 안테나에서처럼). 이 범위를 벗어나면 안테나 임피던스는 전송선 및 송신기(또는 수신기)와 일치하지 않습니다.설계 주파수에서 멀리 떨어진 안테나의 사용은 방사 패턴에 영향을 미쳐 안테나의 지향적 이득을 감소시킵니다.

일반적으로 안테나는 송전선 임피던스와 일치하는 급전점 임피던스를 가지지 않습니다.안테나 단자와 송전선 사이의 네트워크를 일치시키면 안테나로의 전력 전송이 향상됩니다.조정할 수 없는 일치 네트워크에서는 안테나 시스템의 사용 가능한 대역폭이 더욱 제한될 수 있습니다.안테나를 만들기 위해 얇은 와이어 대신 관형 요소를 사용하는 것이 바람직할 수 있습니다.이것에 의해, 보다 큰 대역폭이 가능하게 됩니다.또는 여러 개의 가는 와이어를 케이지 안에 그룹화하여 더 두꺼운 요소를 시뮬레이션할 수 있습니다.이것에 의해, 공명의 대역폭이 확대됩니다.

서로 멀리 떨어져 있는 여러 주파수 대역에서 작동하는 아마추어 무선 안테나는 서로 다른 주파수로 공명하는 요소를 병렬로 연결할 수 있습니다.송신기의 전력의 대부분은 공명 소자로 흘러 들어가지만, 그 외의 소자는 높은 임피던스를 나타냅니다.또 다른 솔루션은 긴 안테나 소자에서 생성된 브레이크에 전략적으로 배치된 트랩, 병렬 공진 회로를 사용합니다.트랩의 특정 공진 주파수로 사용하면 트랩이 매우 높은 임피던스(병렬 공진)를 제공하여 트랩 위치에서 요소를 효과적으로 잘라냅니다. 올바른 위치에 있으면 잘린 요소가 트랩 주파수로 적절한 공진 안테나를 생성합니다.상당히 높은 주파수 또는 낮은 주파수에서 트랩은 파손된 소자의 전체 길이를 사용할 수 있지만 트랩에 의해 추가된 순 리액턴스에 의해 공진 주파수가 이동됩니다.

공명 안테나 소자의 대역폭 특성은 Q에 따라 특징지을 수 있습니다.여기서 관련된 저항은 공명 안테나에서 빈 공간에 대한 에너지 방출을 나타내는 방사선 저항입니다.

협대역 안테나의 Q는 최대 15입니다.반면 두꺼운 원소를 사용하는 것과 동일한 오프공진 주파수에서의 리액턴스는 훨씬 낮아져 결과적으로 Q가 5가 된다.이들 2개의 안테나는 공진 주파수로 동등하게 동작할 수 있지만 두 번째 안테나는 얇은 도체로 구성된 안테나 폭의 3배 대역폭에서 동작합니다.

보다 넓은 주파수 범위에서 사용하기 위한 안테나는 추가 기술을 사용하여 실현됩니다.일치하는 네트워크를 조정하면 원칙적으로 임의의 주파수로 안테나를 일치시킬 수 있습니다.따라서 대부분의 AM 브로드캐스트(중파) 수신기에 내장된 소형 루프 안테나는 대역폭이 매우 좁지만 수신기 튜닝에 따라 조정되는 병렬 캐패시턴스를 사용하여 튜닝됩니다.한편 로그 주기 안테나는 단일 주파수에서는 공진하지 않지만 (원칙적으로) 모든 주파수 범위에서 유사한 특성(피드포인트 임피던스 포함)을 얻을 수 있습니다.따라서 이것들은 (방향성 로그 주기 쌍극자 배열의 형태로) 텔레비전 안테나로 일반적으로 사용됩니다.

얻다

게인은 안테나 방사선 패턴지향성 정도를 측정하는 파라미터입니다.고이득 안테나는 전력의 대부분을 특정 방향으로 방사하는 반면 저이득 안테나는 광각으로 방사합니다.안테나의 게인 또는 전력 게인은 임의의 거리에서 안테나가 최대 출력 방향으로 방사하는 명암( 표면적당 전력)(\ I을 동일한 거리에서 방사하는 I_로 나눈 비율로 정의됩니다.모든 방향으로 동일한 전력을 방사하는 등방성 안테나.이 무차원 비율은 보통 데시벨 단위로 로그로 표시되며, 이러한 단위를 데시벨-등방성(dBi)이라고 합니다.

게인 측정에 사용되는 두 번째 단위는 안테나가 방사하는 전력과 반파장 다이폴 가 방사하는 전력의 비율입니다. 이러한 단위를 데시벨 다이폴dBd)이라고 합니다.

반파장 쌍극자의 이득은 2.15dBi이고 곱의 로그는 가법이기 때문에 dBd의 이득보다 dBi의 이득이 2.15dB밖에 크지 않다.

고이득 안테나는 범위가 길고 신호 품질이 좋다는 장점이 있지만 다른 안테나를 신중하게 겨냥해야 합니다.고이득 안테나의 예로는 위성 텔레비전 안테나 등의 포물선 접시가 있다.저이득 안테나는 범위가 짧지만 안테나의 방향은 상대적으로 중요하지 않습니다.저이득 안테나의 예로는 휴대용 무선 및 무선 전화기에 있는 휘핑안테나가 있습니다안테나 게인을 앰프 게인과 혼동해서는 안 됩니다.앰프 게인은 저노이즈 앰프와 같이 시스템의 프론트 엔드에 배치된 증폭 장치에 의한 신호 전력 증가를 측정하는 별도의 파라미터입니다.

유효 면적 또는 개구부

수신 안테나의 유효 면적 또는 유효 개구부는 안테나가 단자에 전달하는 통과 전자파의 전력 부분을 동등한 면적으로 나타냅니다.예를 들어 특정 장소를 통과하는 전파의 플럭스가 1pW/m2(평방미터당 10W)이고−12 안테나의 유효면적이 12m인2 경우 안테나는 12pW의 RF 전력을 수신기에 공급합니다(75옴에서 30마이크로볼트 RMS).수신 안테나는 모든 방향에서 수신되는 신호에 동일하게 민감하지 않기 때문에 유효 영역은 소스에 대한 방향의 함수입니다.

상호성(상기 설명)으로 인해 송신에 사용되는 안테나의 이득은 수신에 사용될 때 유효 면적에 비례해야 합니다.손실이 없는 안테나, 즉 전기 효율이 100%인 안테나를 생각해 보겠습니다.모든 방향에서 평균된 유효 면적이 파장 제곱을 4'로 나눈 '/4'과2 같아야 한다는 것을 알 수 있습니다.게인은 100% 전기 효율을 가진 안테나의 모든 방향에서 평균 게인이 1이 되도록 정의됩니다.따라서 특정 방향의 이득 G 관점에서 유효 영역 Aeff 다음과 같이 구한다.

효율이 100% 미만인 안테나는 유효면적과 게인을 모두 같은 양만큼 감소시킨다.따라서, 위의 게인과 유효 영역 간의 관계는 여전히 유지됩니다.따라서 이것들은 같은 양을 표현하는 두 가지 다른 방법이다.Aeff 위의 예에서 보듯이 특정 게인의 안테나가 수신하는 전력을 계산할 때 특히 편리합니다.

방사선 패턴

(가상) Yagi-Uda-Antenna 수평 단면의 극 플롯.아웃라인은 ISO 이미터와 비교하여 3dB의 필드 전력으로 포인트를 연결합니다.

안테나의 방사선 패턴은 원거리 영역에서 안테나가 다른 각도로 방출하는 전파의 상대적인 전계 강도의 그래프입니다.일반적으로 이 그래프는 3차원 그래프 또는 수평 및 수직 단면의 극 플롯으로 표시됩니다.모든 방향으로 균등하게 방사하는 이상적인 등방성 안테나의 패턴은 구형처럼 보일 것입니다.모노폴이나 다이폴과 같은 많은 비방향성 안테나는 수평방향으로 동일한 전력을 방출하며, 전력은 더 높고 더 낮은 각도로 감소합니다. 이것을 전방향성 패턴이라고 하며, 플롯을 그리면 토러스 또는 도넛처럼 보입니다.

많은 안테나의 방사선은 방사선이 0으로 떨어지는 각도인 ""로 구분된 다양한 각도에서 최대 또는 "로브" 패턴을 보여줍니다.이는 안테나의 다른 부분에서 방출되는 전파가 전형적으로 간섭하여 전파가 위상적으로 먼 지점에 도달하는 각도에서 최대치를 발생시키고, 전파가 위상을 벗어나 도달하는 다른 각도에서 방사선을 0으로 만들기 때문입니다.특정 방향으로 전파를 투사하도록 설계된 지향성 안테나에서 해당 방향의 로브는 다른 방향보다 크게 설계되어 "메인 로브"라고 불립니다.다른 엽은 보통 원치 않는 방사선을 나타내며 "사이델로브"라고 불립니다.주엽을 통과하는 축을 "주축" 또는 "보경축"이라고 합니다.

Yagi 안테나의 극성 다이어그램(따라서 효율과 이득)은 안테나가 광대역보다 좁은 주파수 범위(예: 그룹화된 안테나)에 맞게 조정된 경우 더 촘촘하다.마찬가지로, 수평 편광 야기의 극 플롯은 수직 편광 [17]야기의 극 플롯보다 더 촘촘합니다.

필드 영역

안테나를 둘러싼 공간은 3개의 동심원 영역으로 나눌 수 있습니다.반응성 근접장(유도 근접장이라고도 함), 방사 근접장(프렌넬 영역) 및 원거리장(프라운호퍼) 영역.이들 영역은 각각에서 필드 구조를 식별하는 데 유용하지만 이들 영역 간의 전환은 점진적이고 정확한 경계가 없습니다.

원거리 영역은 안테나에서 크기 및 모양을 무시할 수 있을 정도로 충분히 멀리 떨어져 있습니다.전자파는 순수하게 방사 평면파라고 가정할 수 있다(전기장과 자기장은 위상이며 서로 수직이며 전파 방향에 대해 수직이다).이렇게 하면 복사 필드의 수학적 분석이 단순해집니다.

효율성.

송신 안테나의 효율은 안테나 단자가 흡수하는 전력에 대해 실제로 (모든 방향으로) 방사되는 전력의 비율입니다.방사되지 않은 안테나 단자에 공급되는 전력은 열로 변환됩니다.이는 일반적으로 안테나 도체의 손실 저항 또는 포물선 안테나의 반사체와 피드 혼 사이의 손실을 통해 발생합니다.

안테나 효율은 임피던스 매칭과는 별개입니다.이는 특정 송신기를 사용하여 방사되는 전력량을 줄일 수도 있습니다.SWR 미터가 150 W의 입사 전력과 50 W의 반사 전력을 나타내고 있는 경우는, 실제로 100 W가 안테나에 흡수되고 있는 것을 의미합니다(전송로 손실은 무시).실제로 방사된 전력의 양은 안테나 단자의 전기적 측정(또는 그 전)을 통해 직접 측정할 수 없지만 (예를 들어) 전계 강도의 세심한 측정이 필요합니다.안테나의 손실 저항과 효율은 전계 강도를 알게 되면 안테나에 공급되는 전력과 비교하여 계산할 수 있습니다.

손실 저항은 일반적으로 공급점 임피던스에 영향을 미쳐 저항 성분을 추가합니다.이 저항은 방사선 저항rad R과 손실 저항loss R의 합으로 구성된다.안테나 단자에 전류 I가 공급되면 IR의 전력2 rad 방사되고 IR의 전력2 loss 열로 손실됩니다.따라서 안테나의 효율은 R/(Rrad + Rloss)같습니다rad.저항rad R + Rloss 직접 측정할 수 있습니다.

상호성에 따라 수신안테나로서 이용하는 안테나의 효율은 상술한 송신안테나로서의 효율과 동일하다.안테나가 수신기에 공급하는 전력(적절한 임피던스 일치)은 같은 양만큼 감소합니다.수신 어플리케이션에 따라서는 매우 비효율적인 안테나가 퍼포먼스에 거의 영향을 주지 않을 수 있습니다.예를 들어 저주파에서는 대기 또는 인공 노이즈가 안테나 비효율성을 가릴 수 있습니다.예를 들어 CCIR Rep.258-3은 40MHz의 주거 환경에서 인공 소음이 열 소음 바닥보다 약 28dB 위에 있음을 나타냅니다.결과적으로, (비효율로 인해) 20dB의 손실을 가진 안테나는 시스템 소음 성능에 거의 영향을 미치지 않습니다.안테나 내의 손실은 의도한 신호와 노이즈/간섭에 동일하게 영향을 미쳐 신호 대 잡음 비율(SNR)이 감소하지 않습니다.

파장의 큰 부분이 아닌 안테나는 방사선 저항이 작기 때문에 비효율적일 수밖에 없습니다.AM 방송 라디오에는 수신용 작은 루프 안테나가 포함되어 있어 효율성이 매우 낮습니다.이것은 수신기의 성능에 거의 영향을 미치지 않지만 수신기의 전자 장치에 의해 더 큰 증폭을 필요로 합니다.이 작은 컴포넌트를 AM 방송국에서 동일한 주파수로 송신하기 위해 사용되는 거대하고 매우 높은 타워와 대조해 보십시오.여기서 안테나 효율 저하에는 상당한 비용이 소요됩니다.

안테나 게인 또는 전력 게인의 정의에는 이미 안테나 효율의 효과가 포함되어 있습니다.따라서, 소정의 전력의 송신기를 사용해 수신기에 신호를 송신하려고 하는 경우는, 효율도 고려하지 않고, 다양한 안테나의 게인을 비교하기만 하면 됩니다.이것은 수신 안테나가 매우 높은 주파수(특히 마이크로파)에서 수신기의 노이즈 온도에 비해 강한 신호를 수신하는 경우에도 마찬가지입니다.단, 다른 방향으로부터의 간섭을 배제하기 위해 신호 수신에 사용되는 방향성 안테나의 경우 위에서 설명한 바와 같이 안테나 효율은 더 이상 고려되지 않습니다.이 경우 안테나 게인을 인용하기보다는 안테나 효율의 영향을 포함하지 않는 지향성, 즉 단순히 지향성에 더 관심을 가질 수 있습니다.안테나의 지향적 이득은 공개된 이득을 안테나 효율로 나눈 값에서 계산할 수 있습니다.방정식 형식에서 게인 = 지향성 × 효율성을 구합니다.

편광

안테나의 방향과 물리적 구조는 안테나가 송신하는 전파의 전계 편파를 결정합니다.예를 들어 수직 방향의 선형 도체(예: 다이폴 또는 휘핑 안테나)로 구성된 안테나는 수직 편파를 발생시킵니다.측면에서 켜면 동일한 안테나의 편파는 수평이 됩니다.

반사는 일반적으로 편광에 영향을 미칩니다.전리층에서 반사된 전파는 파형의 편파를 바꿀 수 있다.가시거리 통신 또는 지상파 전파의 경우, 수평 또는 수직 편파 전송은 일반적으로 수신 위치에서 거의 동일한 편파 상태를 유지합니다.수직 편파 안테나를 사용하여 수평 편파(또는 비자 대)를 수신하면 수신이 상대적으로 저하됩니다.

안테나의 편광은 때때로 기하학에서 직접 추론할 수 있습니다.기준 위치에서 본 안테나의 도체가 한 선을 따라 나타나면 안테나의 편광은 바로 그 방향으로 선형입니다.보다 일반적인 경우에는 분석을 통해 안테나의 편파를 파악해야 한다.예를 들어, (통상적으로) 수평으로 장착된 턴스타일 안테나는 지구의 먼 곳에서 수평선 세그먼트로 나타나기 때문에 그곳에서 수신되는 방사선은 수평으로 편광됩니다.그러나 비행기에서 아래쪽 각도로 볼 때 동일한 안테나는 이 요건을 충족하지 않습니다. 사실 그 방향에서 볼 때 방사선은 타원 편광입니다.일부 안테나에서는 편파 상태가 전송 주파수에 따라 변화합니다.상용 안테나의 편광은 필수 사양입니다.

가장 일반적인 경우 편광은 타원형이며, 이는 각 사이클에 걸쳐 전계 벡터가 타원을 추적한다는 것을 의미합니다.두 가지 특별한 경우는 위에서 설명한 것처럼 선형 편광(타원이 직선으로 축소됨)과 원형 편광(타원의 두 축이 동일함)입니다.직선 편파에서는 전파의 전장이 한 방향으로 진동한다.원형 편파에서는 전파의 전계가 전파축을 중심으로 회전합니다.원형 또는 타원 편파 전파는 "전파 방향 엄지" 규칙을 사용하여 오른손 또는 왼손으로 지정됩니다.원형 편광의 경우 광학 연구자는 무선 엔지니어가 사용하는 것과 반대되는 오른손[citation needed] 법칙을 사용합니다.

수신 안테나는 최적의 수신을 위해 송신파의 편파를 일치시키는 것이 가장 좋습니다.그렇지 않으면 신호 강도의 손실이 발생합니다.직선 편광 안테나가 상대각도 θ에서 직선 편광 방사선을 수신하면 cos의2 전력 손실이 발생합니다.원편광 안테나를 사용하여 수직 또는 수평 직선 편광에 균등하게 일치시킬 수 있으며 3dB의 신호 감소가 발생합니다.그러나 반대 방향의 원편광 신호에는 보이지 않습니다.

임피던스 매칭

최대 전력 전송을 위해서는 안테나 시스템의 임피던스(전송선을 들여다볼 때)를 수신기 또는 송신기의 임피던스 복소수에 일치시켜야 합니다.다만, 송신기의 경우, 소망의 일치 임피던스는, 송신원의 임피던스로서 분석되는 송신기의 다이나믹 출력 임피던스와 정확하게 일치하는 것이 아니라, 송신 회로의 효율적이고 안전한 동작에 필요한 설계치(일반적으로 50 옴)에 상당하는 경우가 있습니다.의도된 임피던스는 보통 저항성이지만, 송신기(및 일부 수신기)는 매칭의 '트위칭'을 위해 일정량의 리액턴스를 취소하기 위한 추가 조정이 제한될 수 있습니다.

송신선이 안테나와 송신기(또는 수신기) 사이에 사용되는 경우 일반적으로 임피던스가 저항성이며 송신기(또는 수신기)가 기대하는 임피던스와 일치할 뿐만 아니라 해당 송신선의 특성 임피던스와 거의 동일한 안테나 시스템을 원합니다.이 매치는 불일치로 인해 라인에서 발생하는 정재파의 진폭(정재파비(SWR)을 최소화하고 그에 따른 전송로 손실 증가를 최소화하기 위한 것입니다.

안테나에서의 안테나 튜닝

안테나 튜닝은 안테나 자체의 변경이라는 엄밀한 의미에서 일반적으로 안테나 단자에서 볼 수 있는 리액턴스의 취소만을 의미하며, 원하는 임피던스(전송선로의 임피던스)일 수도 있고 아닐 수도 있는 저항 임피던스만을 남깁니다.

안테나는 순수하게 저항성 공급점 임피던스(파장의 97%의 다이폴 등)를 갖도록 설계되어 있지만 최종적으로 사용되는 주파수에서는 이것이 정확하게 사실이 아닐 수 있습니다.대부분의 경우 안테나의 물리적 길이를 원칙적으로 "트리밍"하여 순수한 저항을 얻을 수 있지만, 이는 거의 편리하지 않습니다.한편, 역인덕턴스 또는 캐패시턴스 첨가는 잔류용량 또는 유도 리액턴스를 각각 상쇄하기 위해 사용할 수 있으며 안테나를 낮추는 것보다 편리할 수 있다.

안테나 리액턴스는 급전점 부근에서 안테나를 통과하는 전류의 주요 경로에 있는 콘덴서 또는 인덕터와 같은 덩어리 소자를 사용하거나, 급전점 리액턴스를 취소하기 위해 용량성 또는 유도성 구조를 안테나의 도체에 통합하여 제거할 수 있습니다(예: 개방된 "스포크" 방사형 와이어 또는 루프 고정)., 안테나를 공명에 맞게 조정합니다.이러한 리액턴스 중화 부가물 외에 어떤 종류의 안테나도 피드포인트에 발룬을 포함시켜 임피던스의 저항부분을 피드라인의 특성 임피던스에 보다 가깝게 변환시킬 수 있다.

무선에서의 회선 매칭

임피던스 매칭 디바이스(일부 부적절하게 "안테나 튜너" 또는 보다 오래된 적절한 용어 트랜스매치)에 의해 실행되는 루즈한 의미의 안테나 튜닝은 단순히 리액턴스를 제거하는 것을 넘어 나머지 저항을 피드라인과 무선에 일치하도록 변환하는 것을 포함한다.

또 다른 문제는 나머지 저항 임피던스를 전송로의 특성 임피던스에 일치시키는 것입니다.일반적인 임피던스 매칭 네트워크(안테나 튜너 또는 ATU)에는 임피던스의 양쪽 컴포넌트를 보정하기 위한 조정 가능한 요소가 적어도2개 있습니다.일치하는 네트워크는 전송에 사용할 경우 전력 손실과 전력 제한이 모두 발생합니다.

상용 안테나는 일반적으로 표준 주파수에서 표준 50Ω 동축 케이블과 거의 일치하도록 설계되어 있습니다. 설계상으로는 일치하는 네트워크를 사용하여 잔류 불일치를 '트위칭'하는 데 그칠 것으로 예상됩니다.

로드된 소형 안테나의 극단적인 예

경우에 따라서는 단순히 소량의 잔류 리액턴스를 취소하는 것이 아니라 공진 주파수가 의도한 동작 주파수와 상당히 다른 안테나를 공진시키는 보다 극단적인 방법으로 매칭이 이루어진다.

소형 세로형 "와이프"

예를 들어 실용적인 이유로 "whip 안테나"를 1/4 파장보다 크게 짧게 만든 후 소위 로딩 코일을 사용하여 공진시킬 수 있습니다.

안테나 하부에 있는 물리적으로 큰 인덕터는 원하는 작동 주파수에서 짧은 수직 안테나가 갖는 용량 리액턴스와 반대되는 유도 리액턴스를 가집니다.그 결과 부하 코일의 피드 포인트에서 순수한 저항이 관찰됩니다. 그러나 추가 조치가 없으면 저항이 상용 [citation needed]동축과 일치하는 것보다 다소 낮아집니다.

작은 '자기'

임피던스 매칭의 또 다른 극단적인 경우는 작은 루프 안테나를 비교적 낮은 주파수로 사용하는 경우(보통 수신에 반드시 사용하는 것은 아닙니다), 거의 순수한 인덕터처럼 보입니다.이러한 인덕터와 캐패시터를 동작 주파수로 공진시키면 리액턴스(병렬 캐패시터를 통해 공진할 경우)가 취소될 뿐만 아니라 작은 루프의 매우 작은 방사 저항을 크게 확대하여 보다 적합한 공급점 [citation needed]임피던스를 얻을 수 있습니다.

이는 대부분의 AM 방송 수신기에서 구현되며, 페라이트 로드('루프스틱' 안테나)에 작은 루프 안테나가 감겨 있으며, 이 안테나는 수신기를 새로운 주파수로 튜닝하는 동시에 변화하는 캐패시터에 의해 공명되어 AM 방송 대역에서 안테나 공진을 유지합니다.

지반 효과

접지 반사는 멀티패스의 [18][19][20]일반적인 유형 중 하나입니다.

방사 패턴 및 안테나의 구동점 임피던스는 유전율, 특히 인근 물체의 전도율에 의해 영향을 받을 수 있습니다.지상 안테나의 경우 일반적으로 접지가 중요한 대상 중 하나입니다.안테나의 지상 높이뿐만 아니라 접지의 전기적 특성(허용률 및 전도율)도 중요할 수 있습니다.또, 모노폴 안테나의 특정의 경우, 접지(또는 인공 접지면)는 안테나 전류의 리턴 접속으로서 기능하기 때문에, 특히 공급 라인에 의해서 보이는 임피던스에 부가적인 영향을 준다.

전자파가 지면과 같은 평면 표면에 부딪히면 파동의 일부가 지상으로 전달되고 그 일부가 플레넬 계수에 따라 반사된다.접지가 매우 양호한 도체일 경우 거의 모든 파형이 반사됩니다(180°의 위상 이탈). 반면 (손실) 유전체로 모델링된 접지는 파동의 많은 전력을 흡수할 수 있습니다.반사파에 남아 있는 힘과 반사에 따른 위상 변화는 파형의 입사각편광에 크게 좌우됩니다.유전율 및 전도율(또는 단순히 복합 유전율)은 토양 유형에 따라 달라지며 주파수의 함수입니다.

초저주파에서 고주파(< 30MHz)의 경우 지반이 손실 [21]유전체로 작용하기 때문에 지반은 특정 토양에 대해 측정할 수 있는 전도율[22] 유전율(유전율)에 의해 특징지어지며(단, 습기 수준의 변동에 의해 영향을 받음) 또는 특정 지도에서 추정할 수 있다.낮은 중파 주파수에서는 접지가 주로 양호한 도체 역할을 하며 AM 방송(0.5~1.7MHz) 안테나가 이에 의존합니다.

3~30MHz의 주파수에서는 수평 편광 안테나에서 나오는 에너지의 상당 부분이 지면에서 반사되며, 지상파 전파에 중요한 방목 각도에서 거의 전체 반사된다.위상이 반전된 반사파는 파장 및 고도 각도(하늘파)의 안테나 높이에 따라 직접파를 취소하거나 강화할 수 있습니다.

한편,[23] 수직 편광 방사선은 방목 발생이나 해수 등 전도성이 매우 높은 표면 이외에는 지반에서 잘 반사되지 않는다.그러나 수직 편파를 이용하여 지상파 전파에 중요한 방목각 반사는 직접파와 위상이 일치하여 아래 상세와 같이 최대 6dB의 부스트는 아래와 같다.

접지 반사파는 영상 안테나에서 방출된 것으로 간주할 수 있습니다.

VHF 이상(> 30MHz)에서는 접지가 더 약한 반사체가 됩니다.단, 단파 주파수의 경우, 특히 15MHz 이하의 경우, 수평 편광 및 방목 각도에 대해서는 좋은 반사체로 남는다.이러한 고주파수는 일반적으로 수평 가시선 전파(위성 통신 제외)에 의존하며, 그 후 지면이 거의 거울처럼 작동하기 때문이다.

지면 반사의 순 품질은 표면의 지형에 따라 달라집니다.표면의 요철이 파장보다 훨씬 작을 경우, 스펙트럼 반사가 지배적이며, 수신기는 반사 때문에 실제 안테나와 안테나의 이미지를 땅속에서 볼 수 있다.그러나 지면에 파장에 비해 작지 않은 불규칙한 부분이 있으면 반사가 일관되지 않고 불규칙한 위상으로 이동하게 됩니다.파장이 짧을 경우(주파수가 높을 경우) 일반적으로 이러한 현상이 발생합니다.

수신 안테나 또는 송신 안테나가 지상보다 상당히 높은 위치(파장 대비)에 배치될 때마다 지면에 의해 반사된 파장은 직접파보다 더 먼 거리를 이동하므로 위상 이동이 심할 수 있습니다.이러한 안테나에 의해 하늘파가 발사되면 안테나가 지면에 매우 근접하지 않는 한(파장에 비해) 위상 편이는 항상 중요합니다.

전자파의 반사 위상은 입사파의 편광에 따라 달라집니다.지면 굴절률(일반적으로 n ground 2)이 공기(n = 1)에 비해 클 경우 수평 편광 방사선의 위상은 반사 시 반전된다(θ 라디안의 위상 편이, 즉 180°).한편, 파형의 전계의 수직 성분은 거의 같은 위상에서의 입사 각도로 반사된다.이러한 위상 이동은 양호한 전기 도체로 모델링된 접지에도 적용됩니다.

안테나의 전류는 방목 각도로 반사될 때 반대 위상의 영상으로 나타납니다.이로 인해 수평 편파 안테나(가운데)에서 방출되는 파동에는 위상 반전이 발생하지만 수직 편파 안테나(왼쪽)에는 발생하지 않습니다.

즉, 수신 안테나가 방사 안테나의 이미지를 「검출」하지만, 방사 안테나가 수평 방향(그 결과 수평 편광)인 경우(방향과 위상이 반대)의 전류를 「반전」하는 것을 의미합니다.단, 송신 안테나가 수직으로 편광되어 있는 경우 수신전류는 절대방향과 위상이 동일합니다.

원파를 송신하는 실제 안테나는 지면으로부터 자체 이미지로부터 강한 신호를 수신할 도 있습니다.그러면 안테나 소자에 추가 전류가 유도되어 공급 지점의 전류가 지정된 공급 지점 전압에 대해 변경됩니다.따라서 안테나의 임피던스는 공급점 전압 대 전류의 비율로 지정되며, 안테나의 접지 근접성으로 인해 변경됩니다.이는 안테나가 접지에서 1~2개의 파장 내에 있는 경우 상당히 큰 영향을 미칠 수 있습니다.그러나 안테나 높이가 증가함에 따라 반사파의 감소된 전력(반사각형 법칙으로 인해)으로 인해 안테나는 이론상 주어진 점근 공급점 임피던스에 접근할 수 있습니다.낮은 높이에서는 안테나 임피던스에 대한 영향이 지면으로부터의 정확한 거리에 매우 민감합니다.이는 안테나 전류에 대한 반사파의 위상에 영향을 미치기 때문입니다.안테나의 높이를 4분의 1 파장 변경 후 반사 위상을 180° 변경함으로써 안테나의 임피던스에 전혀 다른 영향을 미칩니다.

지면 반사는 수직면에서의 순 원거리 방사 패턴에 중요한 영향을 미친다. 즉, 수직 편광 안테나와 수평 편광 안테나가 서로 다른 고도 각도의 함수이다.지상 h 높이에서 고도 각도 θ에서 고려된 파형을 송신하는 안테나를 고려한다.수직 편파 전송의 경우 직접선에 반사선을 더한 전자파의 전계 크기는 다음과 같습니다.

따라서 수신된 전력은 직접파만으로 인해 코사인 제곱에 따라 최대 4배까지 높아질 수 있습니다(: δ = 0일 때).대신 수평 편광 방출의 반사에 대한 부호 반전은 다음과 같은 결과를 낳는다.

여기서:

  • 0 접지가 없는 경우 직접파가 수신하는 전기장입니다.
  • θ는 고려 중인 파동의 표고각이다.
  • \criptda})는 파장이다.
  • h \{h 안테나의 높이(안테나와 이미지 사이의 거리의 절반)입니다.
안테나의 방사선 패턴과 그 이미지가 지면에 반사됩니다.왼쪽 편광은 수직이며 항상 θ = 0에 대한 최대값이 있습니다. 편광이 오른쪽과 같이 수평이면 항상 θ = 0에 대한 0이 있습니다.

서로 상당히 떨어진 지면에 위치한 송수신 안테나 간의 수평전파는 직접선과 반사선이 이동하는 거리가 거의 동일하다.상대적인 위상 이동은 거의 없습니다.방출이 수직으로 편광되면 두 필드(직접 및 반사)가 더해져 수신 신호가 최대가 됩니다.신호가 수평으로 편광되면 두 신호가 감산되고 수신된 신호는 대부분 취소된다.수직 평면 방사선 패턴이 오른쪽 영상에 표시됩니다.수직 편파에서는 항상 θ = 0, 수평 전파(왼쪽 패턴)에 대한 최대값이 있습니다.수평 편광의 경우 그 각도에서 취소가 발생합니다.위의 공식과 이 그림들은 지면을 완벽한 도체로 가정합니다.이러한 방사선 패턴의 플롯은 안테나와 이미지 사이의 거리인 2.에 해당하며, 안테나 높이가 증가함에 따라 로브의 수도 증가합니다.

θ = 0의 경우 위의 요인의 차이는 대부분의 방송 (공중 송출용)이 수직 편파를 사용하는 이유이다.지면에 가까운 수신기의 경우 수평 편파 전송은 취소됩니다.최적의 수신을 위해 이들 신호의 수신 안테나는 마찬가지로 수직으로 편파되어 있습니다.휴대 전화와 같이 수신 안테나가 어느 위치에서나 동작해야 하는 일부 애플리케이션에서는 기지국 안테나는 각도(수직 및 수평 컴포넌트 모두)에서의 선형 편파 또는 원형 편파 등 혼합 편파를 사용합니다.

한편, 아날로그 텔레비전 전송은 보통 수평 편광입니다.왜냐하면 도시 지역에서는 건물이 전자파를 반사하여 다중 경로 전파로 인해 유령 이미지를 생성할 수 있기 때문입니다.수평 편파를 사용하면 건물 측면의 수평 편파 반사량이 수직 방향보다 일반적으로 적기 때문에 고스트가 감소합니다.수직 편광 아날로그 텔레비전은 일부 시골 지역에서 사용되어 왔다.디지털 지상파 TV에서는 바이너리 전송의 견고성과 오류 수정으로 인해 이러한 반사가 덜 문제가 된다.

선 방정식을 사용한 안테나 모델링

첫 번째 근사에서는 얇은 안테나 내의 전류가 분배된다.
송전선로랑 똑같아요- 셸쿠노프프리즈(1952)[24](p 217 (§8.4))

와이어 안테나의 전류 흐름은 전송로의 역전파 해법과 동일하며, 이는 전보기의 방정식을 사용하여 해결할 수 있습니다.전류의 안테나 요소들을 따라 솔루션을 더 편리하고 정확하게 숫자상의 방법에 의해 획득된 그렇게 transmission-line 기술은 정밀 분석 모델에 방치되고 있었지만, 그들은 안테나가 임피던스 프로필을 묘사하고 유용한, 단순한 근사치의 광범위하게 사용되는 소스고 있다.[25](pp 7–10)[24](p232)

전송선과 달리 안테나의 전류는 전자기장에 전력을 공급하며 방사선 저항을 이용[a]모델링할 수 있습니다.

안테나 소자의 끝은 단일 컨덕터 전송선의 종단되지 않은(열린) 단부에 해당하므로 입사파와 동일한 반사파가 발생하며, 그 전압은 입사파와 위상이 일치하고(따라서 끝의 순전압은 2배), 그 전류는 반대 위상(즉, 그 후에 0의 순전류가 존재하는 경우)입니다.모두 추가 도체 없음).입사파와 반사파의 조합은 전송선에서와 마찬가지로 도체 에 전류 노드가 있고 끝에서 4분의 1 파장이 있는 정재파를 형성합니다(소자가 적어도 그렇게 [25][24]긴 경우).

공진 안테나에서 안테나의 공급점은 이들 전압노드 중 하나에 있다.전송 라인 모델과의 불일치로 인해 전류 노드의 1/4 파장 전압은 정확히 0이 아니지만 도체 끝의 훨씬 큰 전압에 비해 최소에 가깝고 작습니다.따라서 이 시점에서 안테나를 공급하려면 전압은 비교적 낮지만 전류는 커야 합니다(두 파의 전류가 동상을 더함). 따라서 공급점 임피던스가 상대적으로 낮습니다.다른 포인트에서 안테나를 공급하면 큰 전압이 수반되므로 임피던스가 커집니다.일반적으로 임피던스는 주로 반응성이 높고(저역률) 임피던스가 사용 가능한 전송선과 일치하지 않습니다.따라서 안테나는 보통 각 도체의 길이가 1/4 파장(또는 다른 1/4 파장의 홀수 배수)인 공명 소자로 동작하는 것이 바람직합니다.

예를 들어, 반파장 다이폴은 약 1/4 파장 길이의 2개의 소자(균형 전송선의 각 도체에 접속된 1개)를 가진다.도체의 직경에 따라 안테나 전류와 (작은) 공급점 전압이 정확히 일치하는 지점에 도달하기 위해 이 길이에서 약간의 편차가 사용됩니다.그런 다음 안테나는 순수하게 저항성 임피던스를 나타내며 이상적으로는 사용 가능한 전송선의 특성 임피던스에 가까운 임피던스를 제공합니다.단, 공명 안테나는 기본 주파수 및 일부 고조파에서만 공명(순수히 저항성 피드 포인트 임피던스)을 달성한다는 단점이 있습니다.따라서 공명 안테나는 공명 시의 Q에 따라 한정된 대역폭 내에서만 양호한 성능을 얻을 수 있습니다.

안테나 간의 상호 임피던스 및 상호작용

종동 안테나 소자에서 발생하는 전기장과 자기장은 일반적으로 인근 안테나, 안테나 소자 또는 기타 도체의 전압과 전류에 영향을 미칩니다.특히 영향을 받는 도체가 거의 동일한 주파수의 공진 소자(길이 반 파장의 복수)인 경우, 이는 도체가 모두 동일한 액티브 또는 패시브 안테나 어레이의 일부인 경우와 같습니다.영향을 받는 도체는 근거리이기 때문에 예를 들어 2개의 안테나를 Friis 전송 공식에 따라 신호를 송수신하는 것으로만 취급할 수 있는 것이 아니라 전압과 전류(전기장과 자기장을 모두 통한 상호작용)를 모두 고려한 상호 임피던스 매트릭스를 계산해야 합니다.따라서 특정 지오메트리에 대해 계산된 상호 임피던스를 사용하여 위상 배열의 각 요소에 대한 야기-Uda 안테나의 방사선 패턴 또는 전류와 전압을 해결할 수 있다.이러한 분석은 지상면 또는 코너 리플렉터에 의한 전파의 반사 및 인근 안테나의 임피던스(및 방사선 패턴)에 대한 영향을 상세히 설명할 수도 있다.

종종 그러한 근거리 상호작용은 바람직하지 않고 유해하다.송신 안테나 근처에 있는 랜덤 금속 물체의 전류는 대개 도체가 불량하여 안테나의 특성을 예측할 수 없을 뿐만 아니라 RF 전력의 손실을 일으킵니다.신중한 설계를 통해 인근 도체 간의 전기적 상호작용을 줄일 수 있습니다.예를 들어 턴스타일 안테나를 구성하는 2개의 다이폴 사이의 90도 각도는 이들 사이의 상호작용을 보증하지 않으므로 독립적으로 구동할 수 있습니다(단, 턴스타일 안테나 설계에서는 실제로 직교 위상에서 동일한 신호를 사용합니다).

안테나 타입

안테나는 작동 원리 또는 용도에 따라 분류할 수 있습니다.서로 다른 당국은 안테나를 더 좁거나 더 넓은 범주로 분류했다.일반적으로 여기에는 다음이 포함됩니다.

이러한 안테나 유형 및 기타는 개요 기사, 안테나 유형 및 위의 목록에 있는 링크된 각 기사에 자세히 요약되어 있으며, 링크된 기사에 더욱 자세히 설명되어 있습니다.

「 」를 참조해 주세요.

각주

  1. ^ 전파 루프 안테나, 방사선 저항은 전형적으로 작은( 옴은 수만명)은 안테나 요소의 서지 임피던스( 옴은 수백명의)과 비교하여 이후 건조한 공기가 매우 좋은 단열 제이다를 제외하고 안테나 종종 무손실로:R′)G′=0.[25]전압의 본질적인 감소나 증가를 변속기 또는 수신 때문이다 보통 inse 바탕이 되어 있다rted 전송로 솔루션 후, 복잡한 [24]수치로 작업하는 대신 손실 저항 R에 추가된 작은 값으로 대략 모델링할 수 있습니다.

레퍼런스

  1. ^ Graf, Rudolf F., ed. (1999). "Antenna". Modern Dictionary of Electronics. Newnes. p. 29. ISBN 978-0750698665.
  2. ^ AMARAL, Cristiano (2021). Guia Moderno do Radioescuta. Brasília: Amazon. ISBN 978-65-00-20800-9.
  3. ^ Hertz, H. (1889). "[no title cited]". Annalen der Physik und Chemie. 36.
  4. ^ a b Marconi, G. (11 December 1909). "Wireless Telegraphic Communication". Nobel Lecture. Archived from the original on 4 May 2007.
    "Physics 1901–1921". Nobel Lectures. Amsterdam: Elsevier Publishing Company. 1967. pp. 196–222, 206.
  5. ^ Slyusar, Vadym (20–23 September 2011). The history of radio engineering's term "antenna" (PDF). VIII International Conference on Antenna Theory and Techniques (ICATT’11). Kyiv, Ukraine. pp. 83–85. Archived (PDF) from the original on 24 February 2014.
  6. ^ Slyusar, Vadym (21–24 February 2012). An Italian period on the history of radio engineering's term "antenna" (PDF). 11th International Conference Modern Problems of Radio Engineering, Telecommunications, and Computer Science (TCSET’2012). Lviv-Slavske, Ukraine. p. 174. Archived (PDF) from the original on 24 February 2014.
  7. ^ Slyusar, Vadym (June 2011). "Антенна: история радиотехнического термина" [The Antenna: A history of radio engineering’s term] (PDF). ПЕРВАЯ МИЛЯ / Last Mile: Electronics: Science, Technology, Business (in Russian). No. 6. pp. 52–64. Archived (PDF) from the original on 24 February 2014.
  8. ^ "Media Advisory: Apply now to attend the ALMA Observatory inauguration". ESO press release. Archived from the original on 6 December 2012. Retrieved 4 December 2012.
  9. ^ Elliott, Robert S. (1981). Antenna Theory and Design (1st ed.). Wyle. p. 3.
  10. ^ Smith, Carl (1969). Standard Broadcast Antenna Systems. Cleveland, Ohio: Smith Electronics. p. 2-1212.
  11. ^ a b c Lonngren, Karl Erik; Savov, Sava V.; Jost, Randy J. (2007). Fundamentals of Electomagnetics With Matlab (2nd ed.). SciTech Publishing. p. 451. ISBN 978-1891121586.
  12. ^ a b c Stutzman, Warren L.; Thiele, Gary A. (2012). Antenna Theory and Design (3rd ed.). John Wiley & Sons. pp. 560–564. ISBN 978-0470576649.
  13. ^ Hall, Gerald, ed. (1991). The ARRL Antenna Book (15th ed.). ARRL. p. 24. ISBN 978-0-87259-206-3.
  14. ^ 1991년 홀, 25페이지
  15. ^ 1991년 홀, 페이지 31-32
  16. ^ a b Slyusar, V.I. (17–21 September 2007). 60 Years of electrically small antenna theory (PDF). 6th International Conference on Antenna Theory and Techniques. Sevastopol, Ukraine. pp. 116–118. Archived (PDF) from the original on 28 August 2017. Retrieved 2 September 2017.
  17. ^ "Aerial Polar Response Diagrams". ATV/Fracarro.
  18. ^ 고정 광대역 무선 시스템 설계, 130페이지, Google Books
  19. ^ 모노폴 안테나, 340페이지, Google Books
  20. ^ 무선모바일 통신, 37페이지, Google Books
  21. ^ Silver, H. Ward; et al., eds. (2011). ARRL Antenna Book. Newington, Connecticut: American Radio Relay League. p. 3‑2. ISBN 978-0-87259-694-8.
  22. ^ "M3 Map of Effective Ground Conductivity in the United States (a Wall-Sized Map), for AM Broadcast Stations". fcc.gov. 11 December 2015. Archived from the original on 18 November 2015. Retrieved 6 May 2018.
  23. ^ Silver 2011, 3-23 페이지
  24. ^ a b c d Schelkunoff, Sergei A.; Friis, Harald T. (July 1966) [1952]. Antennas: Theory and practice. John Wiley & Sons. LCCN 52-5083.
  25. ^ a b c Raines, Jeremy Keith (2007). Folded Unipole Antennas: Theory and applications. Electronic Engineering (1st ed.). McGraw Hill. ISBN 978-0-07-147485-6; ISBN 0-07-147485-4

Wiktionary에서 안테나의 사전 정의