안테나 게인/노이즈 온도

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안테나 Gain-to-Noise-Temperature(G/T; 잡음간 게인/온도)는 안테나 퍼포먼스의 특성화에 있어서의 메리트의 수치입니다.여기서 G는 수신 주파수에서의 안테나 게인(dB), T는 수신 시스템의 등가 노이즈 온도(kelvin)입니다.수신 시스템 노이즈 온도는 안테나 노이즈 온도와 안테나 단자에서 수신기 출력까지의 RF 체인 노이즈 온도의 합입니다.

안테나 온도(T_ant)는 특정 환경에서 안테나가 생성하는 노이즈의 양을 나타내는 파라미터입니다.안테나 노이즈 온도는 안테나의 물리적 온도가 아니라 안테나 플랜지에서 사용 가능한 노이즈 전력을 나타냅니다.게다가 안테나는 본질적인 '안테나 온도'를 가지고 있지 않습니다.온도는 게인 패턴과 안테나가 배치된 열환경에 따라 달라집니다.안테나 온도는 안테나 노이즈 온도라고도 합니다.환경을 정의하기 위해 온도 분포를 도입합니다.이것은 구면 좌표의 안테나에서 떨어진 모든 방향의 온도입니다.예를 들어, 밤하늘은 대략 4K이다; 지구의 땅 방향의 온도 패턴의 값은 지구의 물리적 온도이다.이 온도 분포는 T(,, φ)로 표시됩니다_S.따라서 안테나의 온도는 그것이 방향을 향해서 우주를 향하는지 아니면 태양을 향하는지 여부에 따라 달라질 것이다.

G(θ, θ)에 의해 주어진 방사선 패턴을 가진 안테나의 경우, 노이즈 온도는 수학적으로 다음과 같이 정의된다.

$\displaystyle T_{\text{A}}=sqfrac {1}{4\pi }}\int _{0}^{2\pi }\int _{0}^{\pi }G(\theta ,\varphi )T_{\text{\text}S}}(\theta,\varphi)\sin(\theta)\;d\theta d\varphi }$ ^[1]

이는 안테나를 둘러싼 온도가 전체 구에 걸쳐 통합되고 안테나의 방사선 패턴에 따라 가중치가 부여된다는 것을 나타냅니다.따라서 등방성 안테나는 안테나 주변의 모든 온도의 평균과 같은 노이즈 온도를 가집니다.완벽한 방향성 안테나(펜슬빔 포함)의 경우 안테나 온도는 안테나가 "보기"하는 온도에 의존합니다.

온도_A T의 안테나로부터 수신한 노이즈 전력_N P(와트)는 안테나(및 그 수신 장치)가 동작하고 있는 대역폭 B로 나타낼 수 있습니다.

$displaystyle P_{\text{$$N}}=kT_{\text{$$A}}B$^[2]

여기서 k는 볼츠만 상수(1.38064852(79)×10⁻²³ J/K)입니다.리시버에는 관련된 온도 T가_E 있으며, 총 시스템 온도 T(리시버 + 리시버)의 합계는 T_A = T_E + T입니다.이 온도를 위의 방정식으로 사용하여 시스템의 총 노이즈 전력을 구할 수 있습니다.이러한 개념은 안테나 엔지니어가 수신기와 관련된 전자장치를 어떻게 이해해야 하는지를 설명하기 시작합니다.이는 결과적으로 발생하는 시스템이 서로 매우 의존적이기 때문입니다.

특정 환경에서 동작하는 안테나의 사양 시트에서 자주 볼 수 있는 파라미터는 안테나의 게인 비율을 안테나 온도(또는 수신기가 지정된 경우 시스템 온도)로 나눈 값입니다.이 파라미터는 G/T로 표기되며 단위는 dB·K입니다⁻¹.

G/T 계산

G/T는 위성 시스템의 장점 수치입니다.

G는 수신 안테나 게인입니다.
T는 시스템 노이즈 온도입니다.

시스템 노이즈 온도 = 안테나 노이즈 온도 + 수신기 노이즈 온도(LNA)

안테나 노이즈 온도는 안테나의 수신 출력으로 표시되는 노이즈 전력입니다(LNA에 대한).

LNA 또는 리시버로 측정하지 않을 경우

시스템 노이즈 온도 = 안테나 노이즈 온도.
G/T는 안테나와 수신기의 양쪽 수신 퍼포먼스에 관련되어 있기 때문에 이것은 G/T를 계산하기 위한 대표적인 값이 아닙니다.

안테나 개구부 선택

위성 안테나 개구부는 접지국의 품질 계수(G/T 값)와 밀접하게 관련되어 있습니다.G/T 값과 위성 전력 수요, 즉 등가 임대 대역폭은 로그 선형 관계입니다.따라서 안테나 개구부가 좁아짐에 따라 동등한 임대 대역폭의 가치가 증가합니다.

따라서 지구국 개구부를 선택할 때는 작을수록 좋은 경우가 아닙니다.시스템이 최적의 할당을 달성할 수 있도록 지상국 개구부는 공간 오버헤드(등가 임대 대역폭)와 접지 오버헤드(안테나 개구)를 절충해야 합니다.

C 및 Ku 대역의 현재 VSAT 안테나로 달성 가능한 G/T(상승각 E=35도)

직경 G/T
3.8m 21.7
7.5m 25.3
11m 31.7

레퍼런스

[1] 페이지 32, 토마스 A.Milligan, Modern Antenna Design, 제2판, IEEE Press [2] 페이지 32, Thomas A.Milligan, 최신 안테나 디자인, 제2판, IEEE 프레스

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