안테나 게인

Antenna gain

전자기학에서, 안테나의 전력 이득 또는 단순 이득은 안테나직접성전기 효율을 결합한 핵심 성능 번호다. 송신 안테나에서 이득은 안테나가 입력 전력을 지정된 방향으로 향하는 전파로 변환하는 방법을 설명한다. 수신 안테나에서 이득은 안테나가 지정된 방향에서 도달하는 전파를 전원으로 얼마나 잘 변환시키는지 설명한다. 방향이 지정되지 않은 경우 게인은 게인의 피크 값, 즉 안테나의 주엽 방향의 게인을 가리키는 것으로 이해된다. 이득의 그림을 방향의 함수로서 게인 패턴 또는 방사선 패턴이라고 한다.

안테나 이득은 일반적으로 안테나의 빔 축의 원거리 전원에서 안테나가 생성하는 동위원소 전력과 모든 방향의 신호에 동일하게 민감한 가상의 무손실 안테나가 생성하는 전력의 비율로 정의된다.[1] 일반적으로 이 비율은 데시벨로 표시되며, 이러한 단위를 데시벨 등방성(dBi)이라고 한다. 대체 정의는 수신 전력을 무손실 반파 쌍극 안테나에서 수신한 전력과 비교하며, 이 경우 단위는 dBd로 기록된다. Since a lossless dipole antenna has a gain of 2.15 dBi, the relation between these units is . For a given frequency, the antenna's effective area is proportional to the power gain. 안테나의 유효 길이는 특정 주파수 및 방사선 저항성에 대한 안테나 이득의 제곱근에 비례한다. 상호주의로 인해 수신 시 모든 상호 안테나 이득은 송신 시 이득과 동일하다.

지시 이득 또는 방향성은 안테나의 전기 효율을 고려하지 않는 다른 조치다. 이 용어는 안테나가 한 방향에서 신호를 수신하고 다른 방향에서 오는 간섭 신호를 거부하는 것과 주로 관련된 수신 안테나의 경우에 더 목적적합하다.

파워 게인

전력 이득(또는 단순 이득)은 안테나 a{\ 직접성 D:

효율성과 방향성에 대한 개념은 다음에 따라 달라진다.

효율성

안테나의 효율성 은(는) 공급점에서 입력 전력으로 나눈 복사 전력 이다.

송신 안테나는 안테나와 무선 송신기를 연결하는 송신선인 피드라인에 의해 전력을 공급받는다. 안테나에 대한 입력 전력 는 일반적으로 안테나 단자(피드포인트)에 공급되는 전력으로 정의되므로, 안테나 출력 손실에는 피드라인에서 줄 가열로 인한 전력 손실이 포함되지 않으며 안테나/라인 임피던스 불일치로 인해 피드라인 아래로 반사된다.

전자파 상호주의 정리는 안테나를 송신할 때와 같이 수신용으로 사용할 때 효율, 방향성, 이득과 같은 안테나의 전기적 특성이 동일함을 보장한다.

방향성

안테나의 방향성은 방사선 패턴에 의해 결정되며, 복사 동력이 3차원의 방향과 함께 분배되는 방법에 따라 결정된다. 모든 안테나는 더 크거나 더 적은 범위로 향하는 방향이며, 이는 다른 안테나보다 더 많은 전력을 어떤 방향으로 방출한다는 것을 의미한다. 방향은 여기에서 구면 좌표,) 로 지정된다 여기서 은 지정된 기준면(예: 지면) 위의 고도 또는 각도인 반면, 은 지정된 방향 투영사이의 각도인 방위각이다.e 참조 평면 및 지정된 기호(시계 방향 또는 시계 반대 방향)가 있는 해당 평면의 지정 기준 방향(북쪽 또는 동쪽)

의 함수로서 출력 전력의 분포( , (\,\복사 강도 ( ,USI 단위: wtheradian, W⋅sr−1)에 의해 주어진다. 출력 전력은 후자를 모든 단각 = ϕ d ϕ d { { { { 에 대해 통합하여 방사선 강도로부터 얻는다

따라서 평균 방사선 강도 은(는) 다음과 같이 지정된다.

= 4 구에 4π 스테라디안이 있으므로
p {\ 의 첫 번째 공식 사용

The directive gain or directivity of an antenna in a given direction is the ratio of its radiation intensity in that direction to its mean radiation intensity . That is,

따라서 모든 방향에서 동일한 방사선 강도를 갖는다는 의미인 등방성 안테나는 효율성과 무관하게 모든 방향에서 D = 1의 방향성을 가진다. 일반적으로 안테나의 최대, 최소 및 평균 방향성은 항상 최소 1, 최대 1, 정확히 1이다. 반파 쌍극자의 경우 각 값은 1.64(2.15dB), 0 및 1이다.

안테나의 방향 이(가) 방향과 독립적으로 주어지는 경우, 안테나 방향의 최대 방향(즉,

이득

주어진 방향의 안테나의 전력 이득 또는 단순 이득 , G 은 완벽하게 효율적인 안테나의 평균 방사선 강도에 대한 해당 방향의 방사선 강도 ( , )의 비율로 정의되어 효율을 고려한다. 후자는 P / 과 같기 때문에 다음과 같이 주어진다

)) ) _ {{ { { _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ __ _ _ _ { { { { { { { _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _
n , ) D )에 방정식을 사용하여 . ).

방향성과 마찬가지로 안테나의 게인 이(가) 방향과 독립적으로 주어지는 경우, 안테나의 최대 게인(gain) 어떤 방향에서든 이득과 방향성의 유일한 차이는 n a {\의 상수 인자일 뿐이므로,{{\ {{\ 관계 없이 다음과 같은 기본 공식을 얻는다.

요약

송신기에서 수신한 전력의 일정 부분만 안테나에 의해 실제로 복사되는 경우(즉, 효율이 100% 미만) 지시 이득은 주어진 방향에서 복사되는 전력을 (수신된 총 전력 대신) 감소된 전력과 비교하며 비효율성은 무시한다. 따라서 방향성은 모든 방향을 장악할 때 최대 지시 이득이며, 항상 최소 1이다. 반면에 전력 이득은 안테나가 송신기로부터 받는 실제 전력과 주어진 방향의 복사 전력을 비교함으로써 더 낮은 효율을 고려하게 되는데, 이는 안테나가 수신기를 향해 전파를 송신하는 데 있어서 송신기의 능력에 기여하는 데 있어서 안테나가 더 유용한 공적의 수치가 된다. 모든 방향에서, 등방성 안테나의 전력 이득은 효율성과 동일하므로 방향 안테나의 경우 최대 1을 초과할 수 있고 이상적으로는 1을 초과해야 하지만 항상 최대 1이다.

임피던스 불일치의 경우 Pin 송신선의 입사 전력에서 반사 전력을 뺀 값으로 계산된다는 점에 유의한다. 또는 동등하게 안테나 단자의 rms 전압 V:

여기서 Zin 공급점 임피던스다.

이득(데시벨 단위)

안테나 이득에 대해 발표된 숫자는 거의 항상 로그 척도인 데시벨(dB)로 표현된다. 이득 계수 G에서 다음과 같이 데시벨 단위로 이익을 구한다.

따라서 첨두 출력 이득이 5인 안테나는 7dBi의 이득이라고 할 수 있다. dBi는 안테나를 등방성 라디에이터와 비교하는 기본 정의에 따른 이득임을 강조하기 위해 사용된다.

실험실에서 안테나 이득의 실제 측정을 할 때, 시험 안테나의 자기장 강도는 특정 거리에서 송신기 전력 1와트를 공급했을 때 측정된다. 이 자기장 강도는 시험 대상 안테나의 이득을 결정하기 위해 동일한 전력을 수신하는 동일한 거리에서 소위 기준 안테나를 사용하여 발견된 자기장 강도와 비교된다. 기준 안테나가 등방성 라디에이터(irad)인 경우 이 비율은 G와 동일할 것이다.

그러나 진정한 등방성 라디에이터는 제작할 수 없으므로 실제로는 다른 안테나를 사용한다. 이것은 종종 반파 쌍극이 될 것이며, 어떤 주파수에도 쉽게 만들어질 수 있는 매우 잘 이해되고 반복 가능한 안테나일 것이다. 반파 쌍극자의 지시적 이득은 1.64로 알려져 있으며 거의 100%의 효율을 낼 수 있다. 이 기준 안테나와 관련하여 이득이 측정되었기 때문에 시험 안테나의 이득 차이는 쌍극자의 이득과 비교되는 경우가 많다. 따라서 쌍극자에 대한 이득은 종종 인용되며 혼동을 피하기 위해 dBi 대신 dBd를 사용하여 나타낸다. 따라서 진정한 이득(동방성 라디에이터에 상대적) G의 관점에서, 이득에 대한 이 수치는 다음과 같이 제시된다.

예를 들어, 게인 G=5가 있는 위의 안테나는 쌍극자 5/1.64 = 3.05에 대해 이득을 얻거나 데시벨 단위로 10 log(3.05) = 4.84 dBd라고 부른다. 일반적으로:

dBi와 dBd 모두 공통적으로 사용된다. 안테나의 최대 이득이 데시벨(예: 제조자) 단위로 지정될 경우, 이것이 등방성 라디에이터에 대한 이득인지 또는 쌍극자에 대한 이득을 의미하는지 확인해야 한다. dBi 또는 dBd를 지정하면 모호함이 없지만 dB만 지정하면 미세한 인쇄를 참조해야 한다. 두 수치 모두 위의 관계를 이용하여 쉽게 다른 수치로 변환할 수 있다.

안테나의 방향 패턴을 고려할 때 쌍극자에 대한 이득은 각 방향의 안테나의 이득과 해당 방향의 쌍극자 이득의 비교를 의미하지 않는다는 점에 유의하십시오. 오히려 각 방향에서 안테나의 이득과 쌍극자의 피크 이득(1.64)을 비교한 것이다. 따라서 어떤 방향에서든 그러한 수치는 dBi로 표현되는 이득보다 2.15dB 작다.

부분 이득

부분적 이득은 특정한 양극화를 위해 전력 이득으로 계산된다. 이는 주어진 양극화에 해당하는 방사선 U }의 일부로 정의되며, 등방성 안테나의 총 방사선 강도로 나눈다.[2]

구성 요소의 부분적인 이득은 다음과 같이 표현된다.

그리고

= P )

여기서 은 각 필드 구성요소에 포함된 특정 방향으로 방사선 강도를 나타낸다.

이 정의의 결과로, 우리는 안테나의 총 이득이 두 직교 편광에 대한 부분 이득의 합이라고 결론 내릴 수 있다.

계산 예시

무손실 안테나에 다음과 같은 방사선 패턴이 있다고 가정합시다.

그런 안테나의 이익을 찾아보자.

해결책:

먼저 이 안테나의 최고 방사선 강도를 알아내십시오.

총 복사력은 모든 방향에 걸쳐 통합함으로써 찾을 수 있다.

안테나는 무손실로 지정되므로 방사선 효율은 1이다. 최대 이득은 다음과 같다.

= a =( 1) (1)= 1

반파 쌍극자의 이득에 대해 다음과 같이 표현된다.

= ³1/ )= d d

실현이익

IEEE 표준 145–1993에 따르면 [1]실현된 이득은 "안테나 입력 임피던스와 특정 임피던스의 불일치로 인한 손실에 의해 감소한다"는 점에서 위의 이득 정의와 다르다. 이러한 불일치는 위에서 설명한 소멸적 손실보다 손실을 유발하므로, 실현된 이득은 항상 이득보다 적을 것이다.

실현된 이득과 구별하기 위해 추가적인 명확화가 필요한 경우 이득은 절대 이득으로 표현될 수 있다.[1]

총 복사 전력

총 복사 전력(TRP)은 소스 전력이 측정에 포함될 때 안테나에 의해 복사되는 모든 RF 전력의 합이다. TRP는 와트 또는 해당 로그 표현식(흔히 dBm 또는 dBW)으로 표현된다.[3]

모바일 기기를 시험할 때 사용자의 신체와 손 등 전력 흡수 손실에 근접해 TRP를 측정할 수 있다.[4]

TRP는 신체 손실(BoL)을 결정하는 데 사용될 수 있다. 신체 손실은 손실 상태에서 측정한 TRP와 여유 공간에서 측정한 TRP의 비율로 간주된다.

참고 항목

참조

  1. ^ a b c "IEEE Standard Definitions of Terms for Antennas". IEEE STD 145-1993: 1–32. July 1, 1993. doi:10.1109/IEEESTD.1993.119664. ISBN 978-0-7381-0555-0.
  2. ^ Balanis, Constantine A. (2016). Antenna theory : analysis and design (4th ed.). Hoboken, New Jersey. p. 63. ISBN 978-1-119-17898-9. OCLC 933291646.
  3. ^ "CTIA Test Plan for Wireless Device Over-the-Air Performance Rev. 3.4.2" (PDF). Certification Test Plans. CTIA. May 2015. Archived (PDF) from the original on February 16, 2016.
  4. ^ 모바일 광대역 멀티미디어 네트워크: 루이스 M. 코레아의 4G 기술, 모델 및 도구

참고 문헌 목록

  • C에 의한 안테나 이론(3판) 발라니스, 2005년, ISBN 0-471-66782-X
  • 모든 응용 프로그램용 안테나(3번째 버전), John D. Kraus, Ronald J. Marhefka, 2002, ISBN 0-07-232103-2

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