다이폴 안테나

무선 및 통신에서 다이폴 안테나 또는 더블렛은^[1] 가장 단순하고 널리 사용되는 ^[2][3]안테나 클래스입니다.다이폴은 전류가 양 ^[4]끝에 하나의 노드만 있을 정도로 통전된 라인 전류를 지원하는 복사 구조를 가진 기본 전기 다이폴과 유사한 방사선 패턴을 생성하는 안테나 중 하나입니다.쌍극자 안테나는 일반적으로 금속 와이어나 ^[3][6][7]로드와 같은 두 개의 동일한 전도성^[5] 소자로 구성됩니다.송신기의 구동 전류가 인가되거나 수신 안테나의 경우 안테나의 두 절반 사이에 수신기로의 출력 신호가 수신됩니다.송신기 또는 수신기에 대한 피드라인의 각 측면이 도체 중 하나에 접속되어 있다.이것은 단일 막대 또는 도체로 구성된 모노폴 안테나와 대비되며, 한쪽은 피드라인에 연결되어 있고 다른 한쪽은 어떤 종류의 ^[8]접지에 연결되어 있습니다.다이폴의 일반적인 예는 방송용 TV 수상기에서 볼 수 있는 "토끼 이어" 텔레비전 안테나입니다.

다이폴은 이론적인 ^[1]관점에서 가장 단순한 유형의 안테나입니다.가장 일반적으로는 길이가 같은 엔드 투 엔드의 2개의 도체로 구성되어 있으며 이들 ^[9][10]사이에 공급선이 연결되어 있습니다.다이폴은 공명 안테나로 자주 사용됩니다.이러한 안테나의 급전점이 단락되면 기타 줄을 뽑는 것처럼 특정 주파수로 공명할 수 있습니다.이 주파수 부근에서 안테나를 사용하는 것은 피드포인트 임피던스(및 정재파비) 측면에서 유리하기 때문에 안테나의 길이는 동작의 ^[3]의도된 파장(또는 주파수)에 따라 결정됩니다.가장 일반적으로 사용되는 것은 반파장 바로 밑의 중앙 공급 반파장 쌍극자입니다.반파장 다이폴의 방사 패턴은 도체에 대해 최대 수직이며 축방향으로 0까지 떨어지기 때문에 수직으로 설치할 경우 전방향 안테나를 구현하고 ^[11]수평일 경우 약방향 안테나를 구현합니다.

다이폴은 독립형 저이득 안테나로 사용될 수 있지만, Yagi 안테나 및 종동 어레이와 같은 보다 복잡한 안테나^[3][5] 설계에서는 종동 소자로도 사용됩니다.다이폴 안테나(또는 모노폴을 포함한 이러한 설계)는 경음기 안테나, 포물선 반사기 또는 코너 반사기와 같은 보다 정교한 방향성 안테나를 공급하기 위해 사용됩니다.엔지니어는 수직(또는 다른 모노폴) 안테나를 다이폴 안테나의 절반에 기초하여 분석합니다.

역사

독일의 물리학자 하인리히 헤르츠는 1887년에 우리가 현재 알고 있는 쌍극자 안테나(용량 끝 로딩)를 사용하여 전파의 존재를 처음으로 증명했습니다.반면에, Guglielmo Marconi는 경험적으로 안테나의 절반만 없어도 송신기(또는 사용되는 경우 전송선의 한쪽)를 접지할 수 있다는 것을 발견하여 수직 또는 모노폴 ^[8]안테나를 실현했습니다.마르코니가 장거리 통신을 위해 채용한 저주파의 경우, 이 형태는 더 실용적이었다. 라디오가 더 높은 주파수(특히 FM 라디오와 TV용 VHF 전송)로 이동했을 때, 훨씬 작은 안테나가 타워 위에 있는 것이 유리했고, 따라서 다이폴 안테나 또는 그 변형 중 하나가 필요했다.

라디오 초창기에는 마르코니 안테나(모노폴)와 더블렛(다이폴)이 별개의 발명품으로 여겨졌다.그러나 현재 "단극" 안테나는 "지하" 가상 요소를 가진 다이폴의 특별한 경우로 이해됩니다.

쌍극자 변화

짧은 쌍극자

짧은 쌍극자는 전체 길이 θ가 실질적으로 1/2 파장 미만인 2개의 도체에 의해 형성되는 쌍극자이다.1/2 †)짧은 쌍극자는 전체 반파장 쌍극자가 너무 클 수 있는 용도로 사용되기도 합니다.이들은 허구적 실체인 헤르츠 쌍극자에 대해 아래와 같은 결과를 이용하여 쉽게 분석할 수 있다.공진 안테나(반파장 길이)보다 짧은 급전점 임피던스는 특히 송신 안테나로서 실용화하기 위해 부하 코일 또는 다른 정합 네트워크를 필요로 하는 큰 용량 리액턴스를 포함한다.

짧은 다이폴에 의해 발생하는 원거리 전기장과 자기장을 찾기 위해 전류로부터 거리 r 및 전류 방향에 대한 각도 θ에서 Hertzian 다이폴(미소한 전류 요소)에 대해 다음과 ^[12]같이 결과를 사용합니다.

$디스플레이 스타일H_{\phi }&=j\{frac\I_{h}\ell\k\}{4\pi\r}\e^{\j\left(\obega t\-kr\right)}\sin(\theta)\\\E_{\theta }&=_{0}\H_{\phi }=j\{frac\\zeta_{0}\I_{h}\ell\k\}{4\pi r}\e^{\left(\omega t\kright)\sin(~ta)\ta.\end { aligned}}$

여기서 라디에이터는 짧은 길이의 θ에 걸친 ${\displaystyle I_{}}$ h ${\displaystyle e{}_{}{}^{}}$ ${\displaystyle {\text{j}}^{}}$ ${\displaystyle †{}^{}}$ ${\displaystyle {\text{t}}^{}}$ {\$displaystyle$\ $I_{h}\ e^{\j\$mega \$t}\$} ${\displaystyle 전류}$로 ${\displaystyle 구성}$되며, ${\displaystyle {전자}^{}}$에서 j 2$=$ - ${\displaystyle 1}$ {\$displaystyle \j^{$2}=-$1\}$은 "제곱근"에 대한 일반적인 수학 기호 i를 $$한다.$splaystyle \ega \equiv$ 2$\pi f\}$ $),$ k는 파수( ${\displaystyle k2}$ 2 ${\displaystyle /}$ / ${\$ \ $displaystyle$\$k$\ $equiv$2 \ $pi$/ \ $lambda \$}$$$$)입니다.는₀ 빈 공간의 임피던스( ${\displaystyle {0\mathrm{}}_{}}$ 0${\displaystyle {}_{}}$37 ${\displaystyle 377}$ \ $displaystyle$\$zeta$_ 0 } \ $zeta$ _ $0$37 377\ 37 )입니다$.$

공급점은 보통 다이어그램과 같이 쌍극자의 중심에 있습니다.쌍극자 암을 따라 흐르는 전류는 대략 ${\displaystyle \sin }$δ (${\displaystyle \text{k}}$z ) {$displaystyle$\ \$sin(k\z)\ }$에 비례하는 것으로 설명됩니다. 여기서 z는 암의 끝까지의 거리입니다.짧은 쌍극자의 경우 기본적으로 공급점에서 I $displaystyle\I_{0}\$})에서 마지막에 0(\displaystyle\I_{0}\)으로 선형적으로 떨어집니다.따라서 이는 도체 위의 평균 전류와 동일한 유효 전류_h I를 갖는 헤르츠 쌍극자와 비슷하므로 $I_{}$ h ${}_{}$ $1\frac{\mathrm{}}{}$ $\frac{2}{}$ ${I\mathrm{}}_{}{}_{}$0입니다$.$ {\$textstyle$\ $I_{h$} =$ac {1}{2}}$$I_{0}\ .}$ 위의$$ 방정식은 ${\displaystyle 전류{}_{}{}_{}{I0}_{}}$에 의해 공급되는 짧은 쌍극자에 의해 생성되는 필드에 매우 근접합니다$.\$ $displaystyle$\$I_{0}\$ .$$}

위에서 계산한 필드로부터 포인팅 벡터 S의 실제 부분의 크기로서 임의의 지점에서 복사 플럭스(단위 면적당 전력)를 구할 수 있습니다. 포인팅 벡터 S는 1 $2\mathbf{}$E × ${}^{}†{}^{}$ $.\textyle \ frac$ {1$}{2}\mathbf {E}$ \$times$\ $mathbf$ {$H} ^*}$ E 및 H로 $지정$됩니다$.$기본적으로는 단순히 1 $2{}_{}$ E $h$ H $h_{}^{}$ H {\ $\{\backslash {}_{}^{}$ 1 \ $textstyle \$ \ \ $frac$ {$}${ \ $theta$}$E_{$ \ { \ $phi }^* }$ $with$과 같으며 위상 인자(지수)는 제외됩니다.

${{displaystyle S=specfrac {1}{2}}E_{\theta }^{*}=specfrac {1}{2}{{frac {\zeta _{0}\I_{h}^2}\ell ^2}\k^{2}\{4\pi rsin2}}^{{}}^{}}}}}$

공급점 전류₀ I와 짧은 쌍극자 길이 θ와 방사 파장 θ의 비율로 플럭스를 표현했습니다.${\displaystyle \sin }$ 2 ${\displaystyle (}$ ($$ ) \ $displaystyle \$ \$sin ^{2$} ($theta$)\$$}에$$ ${\displaystyle {\mathrm{의해}}^{}}$ 주어지는 방사선 패턴은 반파장 쌍극자와 비슷하고 방향성이 약간 낮은 것으로 보인다.

주어진 공급점 전류에 대한 원거리 필드의 방사선에 대해 위의 식을 사용하여 모든 고체 각도에 적분하여 총 복사 전력을 얻을 수 있습니다.

$({displaystyle P_{\text{total}}={pi}{12}\\zeta_{0}{2}\left\frac{ell}{\flac}}{2}~})$

이로부터 공급점 임피던스의 저항(실제) 부분과 동일한 방사선 저항을 유추할 수 있으며, 오믹 손실에 의한 성분을 무시할 수 있다.P를 $\frac{\mathrm{피드포인트}}{}$ ${1\mathrm{}}_{}^{}$ ${\mathrm{}}_{}^{}$ I $0{}_{}^{}{}_{}$ 2 R $textstyle \\frac {1}{2}\ I_{0}^2}\ R_{\text {radiation}}\ }$으로 설정하면_total 다음과 같은 결과를 얻을 수 있습니다.

$({displaystyle R_{\text{radiation}}=\zeta _{0}\\leftfrac\frac {\frac}{\frac {\frac}{\frac {\ell}}}{\right})^2}(\fright)$

다시 δ δ 1/2 δ에 대해 정확해진다. 설정 δ = 1/2 δ는 파장의 큰 부분에서는 그다지 유효하지 않지만, 공식은 정확한 1/4파 정현파 전류를 사용할 때 실제 값 73 δ 대신 49 δ의 방사선 저항을 예측한다.

다양한 길이의 다이폴 안테나

얇은 선형 도체의 기본 공명은 자유 공간 파장이 와이어 길이의 두 배인 주파수, 즉 도체의 파장이 1/2인 주파수에서 발생합니다.다이폴 안테나는 그 주파수 부근에서 자주 사용되며, 따라서 반파장 다이폴 안테나라고 불립니다.이 중요한 사건은 다음 절에서 다룹니다.

길이 l의 얇은 선형 도체는 실제로 반파장의 정수 배수로 공진합니다.

$({displaystyle l=nsvfrac}{2})$

여기서 θ = c/f는 파장이고 n은 정수입니다.그러나 센터 급지 쌍극자의 경우 n이 홀수인지 짝수인지에 큰 차이가 있다.길이가 홀수인 반파장 다이폴은 구동점 임피던스가 상당히 낮습니다(이러한 공진 주파수로 순수하게 저항성이 있음).단, 길이가 짝수인 파장, 즉 길이가 정수인 파장은 높은 구동점 임피던스를 가진다(단, 그 공진 주파수에서는 순수하게 저항성이 있다.

예를 들어 약 L = µ의 총길이에 대해 엔드 투 엔드로 배치된 2개의 반파장 도체로 전파 다이폴 안테나를 만들 수 있다.따라서 약 2dB의 반파장 쌍극자에 대한 추가 이득이 발생합니다.단파방송에서는 유효지름을 매우 크게 하고 고임피던스 평형회선에서 송출하는 것만으로 전파다이폴을 사용할 수 있다.케이지 다이폴은 큰 직경을 얻기 위해 종종 사용된다.

5/4파 다이폴 안테나는 훨씬 낮지만 순수하게 저항성 공급점 임피던스가 아니기 때문에 전송로의 임피던스와 일치하는 네트워크가 필요합니다.그것의 이득은 반파장 쌍극자보다 약 3dB 더 크며, 비슷한 길이의 쌍극자 중 가장 높은 이득이다.

다이폴^[12] 안테나의 이득

길이, L(파장 단위)	지향적 이득 (dBi)	메모들
≪0.5	1.76	효율이 낮다
0.5	2.15	가장 일반적인
1.0	4.0	지방 쌍극자만 포함
1.25	5.2	최고의 이득
1.5	3.5	제3 고조파
2.0	4.3	사용하지 않음

다른 적당한 길이의 다이폴은 장점을 제공하지 않으며 거의 사용되지 않습니다.그러나 기본 주파수의 홀수 배수로 반파장 다이폴 안테나의 오버톤 공진이 이용되는 경우가 있다.예를 들어 7MHz에서 반파장 다이폴로서 설계된 아마추어 무선 안테나는 21MHz에서 3/2파장 다이폴로도 사용할 수 있습니다.또, 마찬가지로, 저VHF 텔레비전 대역(약 65MHz 중심)에서 공진하는 VHF 텔레비전 안테나도 고VHF 텔레비전 대역(약 195MHz)에서 공진합니다.

반파장 쌍극자

반파장 쌍극자 안테나는 약 L = δ/2의 총 길이로 엔드 투 엔드로 배치된 2개의 1/4 파장 도체로 구성됩니다.전류 분포는 쌍극자 길이를 따라 약 정현파이며, 양 끝에 노드가 있고 중심(피드포인트)^[13]에 반노드(피크 전류)가 있습니다.

${\displaystyle I(z)=I_{0}\cos\cos kz,$

여기서 k = 2µ/160 및 z는 -L/2에서 L/2까지 실행됩니다.

원거리 장에서, 이것은 전기장이 다음과^[13] 같이 주어지는 방사선 패턴을 생성한다.

${\displaystyle E_{\theta}=\frac {zeta _{0}I_{0} {2\pi r} {\frac {\frac {\pi } {2}} \cos \theta \right}}{\sin \theta }}}\sin {(\omega t-kr)}.}$

방향인자 cos[(θ/2)cos θ]/sin θ는 짧은 쌍극자에 적용되는 sin θ와 거의 차이가 없어 ^[13]위와 같은 방사선 패턴이 나타난다.

모든 고체 각도에 대한 복사 $전력{}_{}$ E ,${}^{}{}^{}{}_{}{}^{\mathrm{}}$ / $2\mathrm{}$ ${0\mathrm{}}_{}$0 { $textstyle${$E_{\theta$} $^{2}}$ / ${$2$\zeta$ _${0}}$의 수치 적분은 단쌍극에서와 마찬가지로 다이폴에서 복사된 총 전력_total P의 값을 위와 같이 피크값 I의₀ 전류로 구한다.P를 4µR로² 나누면_total 전방향 평균 R의 거리에 플럭스가 공급된다.거리 R에서 θ = 0 방향(피크가 있는 위치)의 플럭스를 평균 플럭스로 나누면 방향 이득이 1.64임을 알 수 있습니다.이는 코사인 적분을 사용하여 직접 계산할 수도 있습니다.

${\displaystyle G}$ ${\displaystyle =}$ ${\displaystyle \frac{4}{}}$ Cin ${\displaystyle \frac{(}{}}$ ( ${\displaystyle \frac{2}{}}$ ${\displaystyle \frac{)}{}}$ )${\displaystyle 1}$ 1.${\displaystyle 64}$ ${$ $displaystyle$ G =$parc$ frac {$4$} { \ $operatorname${ $Cin }$ ( 2 \ $pi$ ) } } \$약$ 1.$64$\ ; }$$ ( 2.15 dBi )

(코사인 적분 Cin(x)은 코사인 적분 Ci(x)와 동일하지 않습니다.MATLAB와 Mathematica 모두 Ci(x)를 계산하는 함수가 내장되어 있지만 Cin(x)은 내장되어 있지 않습니다.이러한 기능의 관계에 대해서는, 코사인 적분의 Wikipedia 페이지를 참조해 주세요).

또한 다음과 같은 문제를 해결함으로써 짧은 다이폴에서와 같이 방사선 저항성을 찾을 수 있습니다.

${\displaystyle P_{\text{total}}=black {1}{2}}I_{0}^{2}R_{\text{radiation}}$

입수 방법:

${\displaystyle R_{\text{radiation}}\약 73.1\Omega}$

유도 EMF ^[14]방법을 사용하면 구동점 임피던스의 실제 부분을 코사인 적분 단위로 기록할 수도 있으며, 동일한 결과를 얻을 수 있습니다.

$({displaystyle R_{\text{radiation}}={zeta_{0}}{4\pi}}={0}{4\pi}}\int_{0}{2\pi }{\frac {1-\cos\ta}\ta}\ta } \ta } } } 。$

반파장 쌍극자가 중심 이외의 지점에서 구동되면 공급점 저항이 높아집니다.방사선 저항은 보통 안테나 소자를 따라 존재하는 최대 전류에 비례하여 표현되며, 반파장 쌍극자(및 대부분의 다른 안테나)는 공급점의 전류이기도 합니다.그러나 다이폴이 전류 최대값(반파장 다이폴의 경우 중심)과 거리 x의 다른 지점에서 공급되는 경우, 이 전류는 I가 아니라₀ I cos(kx)만 됩니다₀.동일한 전력을 공급하려면 공급점에서의 전압을 마찬가지로 계수 1/cos(kx)만큼 증가시켜야 합니다.따라서 공급점 임피던스 Re(V/I)의 저항부가 계수 1/cos²(kx)만큼 증가한다^[15].

$({displaystyle R_{\text{feedpoint}}=param frac {R_{\text{radiation}}{\cos ^{2}(kx)}}}}}\약 {\frac {73.1\Omega}}{\cos ^{2}(kx)}}}}})$

이 방정식은 R이 반파보다 긴 다이폴의 공급점 전류와 일반적으로 동일하지 않은 전류 최대값에 대해 계산되었을 경우_radiation 다른 길이의 다이폴 안테나에도 사용할 수 있습니다.이 방정식은 cos(kx)가 0에 가까운 전류 노드 부근에 안테나를 공급하면 분해됩니다.실제로 구동점 임피던스는 크게 상승하지만 상기 모델에서 전류 ^[16]분포에 대해 무시되는 소자 전류의 직교 성분 때문에 제한된다.

접힌 쌍극자

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접힌 쌍극자는 양끝을 연결하는 추가적인 평행 와이어가 있는 반파장 쌍극자입니다.추가 와이어가 다이폴과 동일한 직경 및 단면을 가지면 거의 동일한 두 개의 복사 전류가 발생한다.결과적으로 발생하는 원거리장 방출 패턴은 위에서 설명한 단일 와이어 다이폴의 패턴과 거의 동일하지만 공진 시 피드포인트 $임피던스{\displaystyle {}_{}}$ R f$.\$ R_${\text{f.d.$$}}}$은 단일 와이어 다이폴의 방사선 저항의 4배입니다.

접힌 '다이폴'은 엄밀히 말하면 접힌 전파 루프 안테나로, 루프가 반대쪽 끝에서 구부러져 평평한 선으로 두 개의 평행한 와이어로 찌그러져 있습니다.넓은 대역폭, 높은 피드포인트 임피던스 및 높은 효율은 풀루프 안테나에 가까운 특성이지만 접힌 다이폴의 방사선 패턴은 일반적인 다이폴에 가깝습니다.단일 반파장 쌍극자의 동작이 이해하기 쉽기 때문에, 풀 루프와 폴딩 쌍극자 모두 양 끝에 연결된 두 개의 반파장 쌍극자로 설명되는 경우가 많습니다.

고피드 $포인트{\displaystyle {}_{}}$ 임피던스 $d.$ (\$displaystyle$R_${\text{f.$$d$.$}}$은(는) 일정한 전력량에 대해 총 ${\displaystyle {방사전류\mathrm{}}_{}}$I 0({$displaystyle I_{$0$$})은 각 와이어의 전류의 2배, 즉 공급점의 전류의 2배와 같기 때문입니다.평균 복사 전력을 피드 포인트에서 전달되는 평균 전력과 같게 합니다.

${\displaystyle \frac{}{}12{}_{}{R\text{.W.}}_{}}$${$$$$}I_{0}^{2}=paramfrac {1}{2}}R_{\text{f.$$d.$$}}\left({\frac$ {$I_{0}}{2}}\right)^{$2$\}\},$

${\displaystyle {여기}_{}}$서 R$.$ R.\$displaystyle R.\text.h.w.$$}}}$은 공명 반파 쌍극자의 낮은 공급점 임피던스입니다.따라서

${\displaystyle R_{\text{f.d}}=4R_{\text{h.w.}}\약 292\\Omega .}$

따라서 접힌 다이폴은 트윈 피드 리본 케이블과 같은 300Ω 평형 전송 라인과 잘 일치합니다.접힌 다이폴은 단일 다이폴보다 대역폭이 넓습니다.피드사이드 ^[17]및 폴딩사이드용 와이어 컨덕터의 두께를 변경함으로써 광범위한 스텝업 비율에 걸쳐 다이폴의 입력 임피던스 값을 변환하는 데 사용할 수 있습니다.두께나 간격을 변경하는 대신 제3의 병렬 와이어를 추가하여 안테나 임피던스를 싱글 와이어 다이폴의 9배까지 증가시켜 임피던스를 658Ω으로 끌어올려 개방 와이어 피드 케이블에 적합하고 안테나의 공진 주파수 대역을 더욱 넓힐 수 있습니다.

반파장 접이식 다이폴은 FM 라디오 안테나에 자주 사용됩니다.내벽에 걸 수 있는 트윈 리드로 만든 버전은 FM 튜너와 함께 제공되는 경우가 많습니다.T2FD 안테나는 접힌 다이폴입니다.옥상 야기 TV 안테나의 구동 요소로서도 널리 사용되고 있다.

기타 변종

쌍극자 안테나의 모양에는 여러 가지 수정 사항이 있으며, 이러한 수정은 어떤 식으로든 유용하지만 유사한 방사선 특성(낮은 이득)을 초래합니다.이는 1개 이상의 다이폴 요소를 구동 소자로 설계하는 방향성 안테나가 다수 포함되어 있는 것은 말할 것도 없습니다.이들 대부분은 이 페이지 하단의 정보 상자에 링크되어 있습니다.

• 보타이 안테나는 삼각형의 플레어링 암이 있는 다이폴입니다.이 모양은 일반 쌍극자보다 훨씬 넓은 대역폭을 제공합니다.UHF 텔레비전 안테나에서 널리 사용되고 있습니다.

• 케이지 다이폴은 와이어의 "케이지"로 구성된 지방 원통형 다이폴 요소를 사용하여 대역폭을 늘리는 것과 유사한 변형입니다(사진 참조).이것들은 중파 및 단파 대역의 소수의 광대역 어레이 안테나에 사용되며, 수평 레이더 및 전파 망원경 등의 애플리케이션에 사용됩니다.
• 헤일로 안테나는 원의 평면에서 거의 균일한 방사 패턴을 위해 원 모양으로 구부러진 반파장 다이폴이다.헤일로의 원이 수평일 때, 그것은 수평 쌍극자에 비해 하늘을 향해 낭비되는 전력이 거의 없는 거의 없는 거의 전방향적인 패턴으로 수평 편광 방사선을 생성한다.실제로는 작성자 ^[a]취향에 따라 벤트 다이폴과 루프 안테나로 분류됩니다.
• 턴스타일 안테나는 직각으로 교차하는 2개의 다이폴과 그 2개의 전류 사이에 1/4파 위상차를 도입하는 피드 시스템을 갖춘다.이 기하학적 구조에서 두 쌍극자는 전기적으로 상호작용하지 않지만, 그 장은 오히려 등방성에 가까운 순 방사선 패턴을 생성하며, 요소의 평면에서 수평 편광과 다른 각도에서 원형 또는 타원 편광을 생성한다.턴스타일 안테나는 전방향성 브로드사이드 어레이를 실현하기 위해 위상적으로 적층 및 급전할 수 있으며, 원편파를 가진 엔드파이어 어레이의 경우에는 위상적으로 급전할 수 있다.
• 배트윙 안테나는 보타이 안테나처럼 선형 요소가 확대된 턴스타일 안테나로, 공진 주파수를 확대하기 위해 재조정하지 않고 더 큰 대역폭으로 사용할 수 있습니다.어레이를 형성하기 위해 적층하면 방사선은 전방향성, 수평 편광 및 낮은 고도에서 이득이 증가하므로 텔레비전 방송에 이상적입니다.
• 'V'(또는 'Vee') 안테나는 가운데에 굴곡이 있는 쌍극자이므로 암이 공직선이 아닌 각도가 됩니다.
• 쿼드런트 안테나는 비정상적으로 전체 길이가 전체 파장인 'V' 안테나로,^[18] 두 개의 반파 수평 요소가 공급되는 직각으로 만나는 것입니다.사분면 안테나는 낮은 각도에서 중간 고도 각도에서 대부분 수평 편파를 발생시키며 거의 전방향의 방사선 ^[19]패턴을 가진다.하나의 구현에서는 "케이지" 요소(위 참조)를 사용합니다. 결과 요소의 두께는 와이어 라인을 여는 데 적합한 값으로 전파 다이폴의 높은 구동점 임피던스를 낮추고 대역폭(SWR의 관점에서)을 완전한 옥타브까지 증가시킵니다.HF 대역 전송에 사용됩니다.
• G5RV 안테나는 300Ω 또는 450Ω의 트윈 리드를 통해 간접적으로 공급되는 다이폴 안테나로, (바룬을 통해) 표준 50Ω 동축 전송로에 접속하기 위한 임피던스 매칭 네트워크 역할을 합니다.
• 슬로퍼 안테나는 단일 타워의 꼭대기에 부착된 경사 수직 다이폴 안테나입니다.이 요소는 타워 상단의 전송선에서 중앙 급전되거나 불균형 모노폴 안테나로 최종 급전될 수 있으며, 이 경우 모노폴의 "접지" 연결은 타워 및/또는 전송선 차폐로 구성된 두 번째 요소로 더 잘 볼 수 있다.
• 반전 "V" 안테나도 마찬가지로 하나의 타워를 사용하여 지원되지만 2개의 대칭 요소가 지면을 향해 각진 균형 안테나입니다.따라서 가운데가 구부러진 반파장 다이폴입니다.슬로퍼와 마찬가지로 안테나를 들어 올릴 수 있지만 하나의 타워만 있으면 됩니다.
• AS-2259 안테나는 NVIS(Near Vertical Incruption Skywave)를 통한 로컬 통신에 사용되는 역'V' 다이폴 안테나입니다.

수직(단극) 안테나

"수직", "마르코니" 또는 모노폴 안테나는 일반적으로 하단에 공급되는 단일 요소 안테나입니다(불균형 전송선의 차폐 측이 접지에 연결됩니다).기본적으로 쌍극자 안테나로 동작합니다.지면(또는 지면)은 반사체로 작동하는 전도성 표면으로 간주된다(지반의 효과 참조).반사된 이미지의 수직 전류는 실제 ^[20]안테나의 전류와 방향(지반사되지 않음) 및 위상이 동일합니다.도체와 도체의 이미지는 함께 공간의 상반부에서 쌍극자 역할을 합니다.다이폴과 마찬가지로 공진(저항 공급점 임피던스)을 달성하려면 도체가 높이가 1/4 파장에 가까워야 합니다(반파장 다이폴의 각 도체처럼).

이 공간 위쪽에서 방출된 자기장은 동일한 전류를 공급받는 유사한 다이폴에 의해 방사되는 자기장의 진폭과 동일하다.따라서 총 방출 전력은 동일한 전류를 공급받는 다이폴의 방출 전력의 절반입니다.전류가 동일하므로 방사선 저항(직렬 임피던스의 실제 부분)은 동등한 다이폴의 직렬 임피던스의 절반이 됩니다.그러면 1/4파 모노폴의 임피던스는^[21]$\frac{}{}$73 + $\frac{\mathrm{}}{}$ $\mathrm{43}$ $2$ + i $\frac{21}{}$({$textstyle {frac {73+i43){2$}} = 36+$i21}Ω$입니다.또 다른 방법은 전류 I를 수신하는 진정한 쌍극자의 단자는 2V/I 단자에 걸친 임피던스에 대해 +V 및 -V의 전압을 갖는 반면, 동등한 수직 안테나는 전류 I를 가지지만 인가 전압은 V뿐입니다.

지상 필드는 다이폴과 동일하지만 전력의 절반만 적용되므로 이득은 5.14dBi로 2배가 됩니다.실제로 다이폴은 전력의 절반을 지면 밖으로 반사하여 (안테나 높이와 하늘 각도에 따라) 직접 신호를 증가(또는 취소)할 수 있기 때문에 이는 그 자체로는 실질적인 성능 이점이 아닙니다.단극의 수직 편광(수직 방향 쌍극자의 경우)은 지면 반사가 거의 같은 위상의 직접파와 결합하는 낮은 표고각에서 유리하다.

지구는 접지면의 역할을 하지만, 손실을 초래하는 불량한 도체가 될 수 있습니다.구리 메쉬를 부설함으로써 전도성을 향상시킬 수 있습니다(비용).실제 접지를 사용할 수 없는 경우(예: 차량 내) 다른 금속 표면이 접지 평면 역할을 할 수 있습니다(일반적으로 차량의 루프).또는 안테나 기부에 배치된 방사선이 접지면을 형성할 수 있다.VHF 및 UHF 대역의 경우 복사 및 지상 평면 요소는 견고한 로드 또는 튜브로 구성할 수 있습니다.이러한 인공 접지 평면을 사용하면 전체 안테나와 "접지"를 임의의 높이로 장착할 수 있습니다.일반적인 변경 중 하나는 접지 평면을 형성하는 방사선이 경사져 있어 공급점 임피던스를 약 50Ω까지 끌어올려 공통 동축 케이블과 일치시키는 효과가 있습니다.이제 진정한 접지가 아닌 발룬(단순 초크 발룬 등)이 권장됩니다.

쌍극자 특성

다양한 길이의 쌍극자 임피던스

다이폴 안테나의 공급점 임피던스는 전기 길이와 공급점 ^[9][10]위치에 민감합니다.따라서 다이폴은 일반적으로 좁은 대역폭에서만 최적으로 동작합니다.이 대역폭을 초과하면 임피던스는 송신기 또는 수신기(및 전송선)와 일치하지 않게 됩니다.해당 임피던스의 실제(저항) 및 가상(반응) 성분은 전기장 함수로 첨부 그래프에 나와 있습니다.이들 숫자의 자세한 계산은 다음과 같습니다.리액턴스 값은 도체의 직경에 따라 크게 달라지는데, 이 그림은 직경이 0.001인 도체에 대한 것입니다.

신호의 파장의 1/2보다 훨씬 작은 다이폴을 쇼트 다이폴이라고 부릅니다.이들은 매우 낮은 방사선 저항(및 높은 용량 리액턴스)을 가지고 있기 때문에 안테나가 비효율적입니다.방사 저항보다 큰 도체의 유한한 저항으로 인해 송신기 전류가 열로 방산됩니다.단, 보다 긴 ^[22]파장의 실용적인 수신 안테나가 될 수 있습니다.

신호의 파장의 약 절반인 쌍극자는 반파장 쌍극자라고 불리며 파생 안테나 설계의 기초로서 널리 사용됩니다.이들은 방사선 저항이 훨씬 크고, 사용 가능한 전송 라인의 특성 임피던스에 가까우며, 일반적으로 도체의 저항보다 훨씬 커서 효율이 100%에 근접합니다.일반 무선 공학에서 다이폴이라는 용어는 추가 수식되지 않은 경우 중앙 급지 반파 쌍극자를 의미합니다.

진정한 반파장 쌍극자는 길이가 파장 θ의 절반이며, 자유 공간에서 θ = c/f입니다.이러한 다이폴은 73Ω 저항과 +43Ω 리액턴스로 구성된 공급점 임피던스를 가지므로 약간 유도 리액턴스를 나타낸다.리액턴스를 취소하고 피드라인에 순수한 저항을 나타내기 위해 요소는 다음 중 순 길이$\mu {\displaystyle }$(\$displaystyle \ell)$에 대해 계수 k만큼 단축됩니다.

${\displaystyle\ell = snapfrac {1}{2}k\snapda = snapfrac {1}{2}knapfrac {c}{f}}$

여기서 θ는 자유공간 파장, c는 자유공간에서의 빛의 속도, f는 주파수입니다.공급점 리액턴스를 제거하는 조정 계수 k는 첨부 그래프에 표시된 것처럼 ^[23]도체의 직경에 따라 달라집니다. k 범위는 얇은 와이어(직경, 0.00001 파장)의 경우 약 0.98에서 두꺼운 도체(직경, 0.008 파장)의 경우 약 0.94입니다.이는 얇은 도체일수록 안테나 길이가 리액턴스에 미치는 영향이 훨씬 크기 때문에(위 그래프) 정확히 θ/2일 때 갖는 43Ω 유도 리액턴스를 상쇄하기 위해서는 정확한 반파장으로부터의 편차가 작기 때문입니다.같은 이유로 도체가 두꺼운 안테나는 동작 대역폭이 넓어지기 때문에 남은 리액턴스에 의해 저하되는 실질적인 정재파비를 얻을 수 있습니다.

약 0.95의 일반적인 k의 경우, 보정된 안테나 길이에 대한 위의 공식은 143/f의 미터 단위 길이 또는 468/f의 피트 단위의 길이(f는 메가헤르츠 ^[24]단위의 주파수)에 대해 쓸 수 있다.

길이가 홀수 배수에 가까운 다이폴 안테나1⁄2 µ도 공진하여 작은 리액턴스(작은 길이 조정으로 취소할 수 있음)를 나타낸다.그러나, 이것들은 거의 사용되지 않습니다.그러나 보다 실용적인 크기는 파장이 5⁄4인 다이폴이다.이 안테나의 임피던스는 3⁄2 파장에 가깝지 않기 때문에 리액턴스가 커서 임피던스 매칭 네트워크(일명 안테나 튜너)에서만 사용할 수 있습니다.이러한 안테나는 다이폴에서 가장 높은 게인을 가지기 때문에 이 길이가 바람직합니다.

방사선 패턴 및 이득

다이폴은 와이어 축에 수직인 평면 내에서 전방향이며, 방사선은 (안테나의 끝부분에서) 축에서 0으로 떨어집니다.반파장 쌍극자에서는 방사선이 안테나에 대해 최대 수직이며 ${\displaystyle 축}$에서 (${\displaystyle \sin }$⁡${\displaystyle {}^{}}$) ) ) ${\displaystyle {2\mathrm{}}^{}}${{$displaystyle (\sin$ \theta$)^2}}$로${\displaystyle }$감소합니다.3차원(그림 참조)의 방사선 패턴은 도체 주위에 대칭인 트로이드(도넛 모양)로 대략 표시된다.수직으로 장착하면 수평 방향으로 최대 방사선이 방출됩니다.수평으로 장착하면 방사선은 도체에 대해 직각(90°)으로 최대이며 이중극자 방향으로 Null이 있습니다.

전기적 비효율성을 무시하고 안테나 게인은 지향성 게인과 같으며 짧은 다이폴의 경우 1.5(1.76dBi), 반파장 다이폴의 경우 1.64(2.15dBi)로 증가합니다.5/4파 다이폴의 경우 게인은 약 5.2dBi까지 증가하므로 안테나가 오프 공진인 경우에도 이 길이가 바람직합니다.그보다 긴 쌍극자는 다중 엽인 방사선 패턴을 가지며, 가장 강한 엽을 따라도 이득이 적다.보다 실질적인 지향성이 요구되는 경우 쌍극자(예: 모서리 반사체 또는 쌍극자 배열 포함)에 대한 다른 개선사항을 고려할 수 있다.이러한 안테나 설계는 반파장 쌍극자에 기초하지만 일반적으로 자체 이름을 얻는다.

다이폴 안테나 공급

반파장 다이폴은 일반적인 65 ~70Ω의 입력 임피던스와 일치하는 균형 잡힌 전송선을 사용하여 공급되는 것이 이상적입니다.임피던스가 유사한 트윈 리드는 사용 가능하지만 거의 사용되지 않으며 대부분의 라디오 및 텔레비전 수신기의 균형 안테나 단자와 일치하지 않습니다.훨씬 더 일반적인 것은 접힌 다이폴과 함께 공통 300Ω 트윈 리드를 사용하는 것입니다.반파장 접이식 다이폴의 구동점 임피던스는 단순한 반파장 다이폴의 4배이므로 300Ω 특성 ^[25]임피던스와 거의 일치합니다.대부분의 FM 브로드캐스트 밴드 튜너와 구형 아날로그 텔레비전에는 균형 잡힌 300Ω 안테나 입력 단자가 포함되어 있습니다.그러나 트윈 리드는 주변의 다른 도체(접지 포함)에 의해 전기적으로 방해된다는 단점이 있습니다. 전송에 사용할 경우 다른 도체 근처에 배치하지 않도록 주의해야 합니다.

많은 타입의 동축 케이블(또는 「동축」)의 특성 임피던스는 75Ω으로, 그렇지 않으면 반파장 다이폴에 적합합니다.그러나 동축은 단일 엔드 라인인 반면, 센터 피드 다이폴은 균형 잡힌 라인(예: 트윈 리드)을 기대합니다.대칭을 통해 다이폴의 단자는 동일하지만 반대되는 전압을 갖는 반면 동축은 하나의 도체를 접지하는 것을 볼 수 있습니다.동축은 어떤 경우에도 사용하면 불균형한 라인이 됩니다.그 결과, 전송 라인의 2개의 도체를 따라 흐르는 전류가 더 이상 동일하지 않고 반대입니다.그 후 전송로를 따라 순전류가 흐르기 때문에 전송로는 안테나 자체가 되어 예측 불가능한 결과가 됩니다(전송로의 ^[26]경로에 따라 다름).이는 일반적으로 안테나의 의도된 방사선 패턴을 변경하고 송신기 또는 수신기에서 볼 수 있는 임피던스를 변경합니다.

쌍극자 안테나와 함께 동축 케이블을 사용하려면 바란이 필요합니다.바룬은 싱글 엔드 동축과 밸런스 안테나 사이에 전력을 전송하며, 임피던스가 추가되는 경우도 있습니다.바란은 임피던스 변환을 가능하게 하는 변압기로서 실장할 수 있다.이것은 보통 페라이트 트로이덜 코어에 감깁니다.트로이드 코어 재료는 사용 빈도에 적합해야 하며 송신 안테나의 경우 ^[27]포화를 방지하기에 충분한 크기여야 합니다.그 외의 발룬 디자인은 ^[28][29]이하에 기재되어 있습니다.

전류 풍선

이른바 전류밸런은 페라이트 등의 자성물질의 트로이드 또는 로드에 감긴 변압기를 사용한다.입력에 표시되는 모든 전류는 평형 안테나의 1개의 단자로 흐릅니다.커먼 모드 전류를 차단하여 풍선을 형성합니다.이 재료는 원하는 ^[30][31]차동 전류에 적용되는 변압기 동작이 없기 때문에 1:1에는 중요하지 않습니다.관련된 설계에는 2개의 변압기가 포함되며 1:4 임피던스 ^[26][32]변환이 포함됩니다.

동축발룬

동축 발룬은 피더의 방사선을 제거하는 비용 효율이 높은 방법이지만, 동작 주파수는 좁은 세트로 제한됩니다.

풍선을 만드는 간단한 방법 중 하나는 파장의 절반에 해당하는 길이의 동축 케이블을 사용하는 것입니다.케이블의 내측 코어는, 양단에서 피더 또는 다이폴의 밸런스형 접속의 1개에 접속되어 있습니다.이러한 단자 중 하나를 동축 피더의 내부 코어에 연결해야 합니다.세 가닥의 땋은 머리는 모두 함께 연결되어야 합니다.그러면 4:1 바룬이 형성되어 좁은 주파수 대역에서만 올바르게 동작합니다.

소매발룬

VHF 주파수에서는 공급기의 ^[33]방사선을 제거하기 위해 슬리브 바룬을 구축할 수도 있습니다.

또 다른 협대역 설계는 4분의 1 길이의 금속 파이프를 사용하는 것입니다.동축 케이블은 파이프 내부에 배치되며, 한쪽 끝에는 브레이드가 파이프에 배선되어 있고 다른 한쪽 끝에는 파이프가 연결되어 있지 않습니다.이 풍선의 균형 끝은 파이프에 연결되지 않은 끝입니다.δ/4 도체는 변압기 역할을 하며 브레이드 단락의 제로 임피던스를 오픈 엔드의 무한 임피던스로 변환합니다.파이프의 개방단에 있는 이 무한 임피던스는 내부 동축 실드와 파이프의 외부에 의해 형성된 외부 동축으로 전류가 흐르는 것을 방지하여 전류가 내부 동축에 남아 있게 합니다.이 풍선 설계는 파이프의 길이가 길기 때문에 저주파에는 실용적이지 않습니다.

일반적인 응용 프로그램

'토끼 귀' TV 안테나

다이폴 안테나의 가장 일반적인 용도 중 하나는 방송용 텔레비전 수신기 위에 있는 토끼 귀 또는 토끼 귀 텔레비전 안테나입니다.미국에서 54~88MHz(밴드 I) 및 174~216MHz(밴드 III)로 구성되며 파장이 5.5~1.4m인 VHF 지상파 TV 대역을 수신하는 데 사용됩니다.이 주파수 범위는 단일 고정 다이폴 안테나가 커버할 수 있는 범위보다 훨씬 넓기 때문에 몇 가지 조정으로 이루어집니다.각각 약 1m 길이(75MHz에서 1/4 파장)까지 확장할 수 있는 2개의 망원봉으로 구성됩니다.세그먼트의 길이, 수직 각도, 나침반 각도를 제어하기 때문에 안테나 로터가 장착되어 있어도 옥상 안테나보다 수신을 최적화할 수 있는 유연성이 훨씬 높다.

FM 방송 수신 안테나

넓은 텔레비전 주파수 대역과는 대조적으로 FM 브로드캐스트 대역(88~108MHz)은 다이폴 안테나가 커버할 수 있을 정도로 좁습니다.가정에서 고정적으로 사용하기 위해 하이파이 튜너는 일반적으로 해당 대역의 중앙 부근에서 공명하는 단순한 접이식 다이폴과 함께 공급됩니다.단순 다이폴 임피던스의 4배인 접힌 다이폴의 피드 포인트 임피던스는 300Ω 트윈 리드에 적합하기 때문에 보통 튜너로의 전송 라인에 사용됩니다.일반적인 구조는 접힌 다이폴의 암도 트윈 리드로 만들어 끝부분이 단락되도록 하는 것입니다.이 플렉시블 안테나는 몰딩의 윤곽을 따라 테이프로 붙이거나 벽에 고정할 수 있습니다.

단파 안테나

수평선 다이폴 안테나는 HF 단파 대역에서 전송 및 단파 청취용으로 널리 사용됩니다.일반적으로 공급점인 중앙에 스트레인 인슐레이터가 연결된 두 개의 와이어 길이로 구성됩니다.끝부분은 높이를 이용하여 기존 건물, 구조물 또는 나무에 부착할 수 있습니다.송신에 사용하는 경우 안테나의 고전압 안티노드가 발생하므로 안테나의 끝을 충분히 높은 플래시 오버 전압을 가진 스트레인 인슐레이터를 통해 지지대에 부착해야 합니다.평형 안테나이므로 (동축) 전송선과 피드포인트 사이에 배런을 사용하는 것이 가장 좋습니다.

이것들은 임시 또는 현장용으로 간단하게 설치할 수 있습니다.단, 심플한(그리고 저렴한) 구조로 인해 고정 위치에 있는 라디오 아마추어 및 단파 청취자에게도 널리 사용되고 있습니다.또한 공명 안테나 요소가 꽤 큰 사이즈가 필요한 주파수에서 공명 안테나를 실현할 수 있습니다.방향성이 중요하지 않을 때 이러한 주파수에 대한 매력적인 솔루션이며, 가정에서 제조된 다양한 주파수 대역에 대한 여러 공명 안테나의 비용은 여전히 상용화된 단일 안테나보다 훨씬 적을 수 있습니다.

다이폴 타워

MF 및 LF 라디오 방송국을 위한 안테나는 일반적으로 수직 돛대 자체가 안테나를 형성하는 돛대 방사기로 구성됩니다.돛대 방사기는 가장 일반적으로 단극이지만 일부는 쌍극이다.돛대의 금속 구조는 중간 지점에서 구동되는 수직 쌍극자를 만들기 위해 중간 지점에서 두 개의 절연^{[citation needed]} 부분으로 나뉩니다.

다이폴 어레이

많은 종류의 어레이 안테나는 여러 개의 쌍극자(일반적으로 반파장 쌍극자)를 사용하여 구성됩니다.다중 쌍극자를 사용하는 목적은 단일 쌍극자의 이득에 걸쳐 안테나의 방향 이득을 증가시키는 것입니다. 개별 쌍극자의 방사선은 원하는 방향으로 방사되는 전력을 증가시키기 위해 간섭합니다.복수의 다이폴 구동 소자를 가지는 어레이에서는, 공통점과 각 소자간의 전송에 의한 상대 위상 지연에 주의하면서, 소자에 전력을 공급하기 위해서, 전기 네트워크를 사용해 피드 라인을 분할한다.

수평방향의 안테나 게인을 증가시키기 위해(하늘 또는 지면을 향한 방사선을 희생하여) 안테나가 위상적으로 공급되는 브로드사이드 어레이에 안테나를 수직방향으로 스택할 수 있다.수평 쌍극자 안테나를 사용하면 이러한 쌍극자의 방향성은 유지되고 요소의 방향은 늘이 유지됩니다.단, 각 쌍극자가 수직방향일 경우 이른바 공선 안테나 어레이(그래픽 참조)에서는 그 늘 방향이 수직이 되고 어레이는 통상 원하는 대로 전방향 복사 패턴(수평면)을 취득합니다.수직공선배열은 VHF 및 UHF 주파수 대역에 사용되며, 이 주파수 대역에서는 요소의 크기가 작은 파장이 돛대에 여러 개 쌓을 수 있습니다.이들은 경찰, 소방, 택시디스패처 등 모바일 쌍방향 무선용 고정 기지국에서 사용되는 4분의 1파 지상파 안테나를 대체하는 고이득 안테나입니다.

한편 회전하는 안테나(또는 특정 방향으로만 사용되는 안테나)의 경우 특정 수평 방향의 게인과 지향성을 높일 수 있습니다.위에서 설명한 브로드사이드 어레이가 수평으로 회전하면(공선방향에 관계없이) 안테나와 수직인 수평방향의 이득이 커지지만 다른 방향의 이득은 거의 없습니다.안타깝게도 이는 원하는 방향의 반대 방향에도 높은 게인이 있는 반면 일반적으로 높은 게인이 한 방향으로만 요구된다는 것을 의미합니다.그러나 역방향으로 낭비되는 전력은 예를 들어 반사 어레이 안테나에서 달성되는 것처럼 대형 평면 리플렉터를 사용하여 원하는 방향으로의 이득을 3dB 더 증가시켜 방향 변경할 수 있습니다.

단방향 안테나의 대안으로 엔드파이어 어레이를 들 수 있다.이 경우 쌍극자는 다시 나란히 있지만(공직선이 아님), 진행 중인 단계에서 공급되며, 파동이 한 방향으로 일관되게 추가되지만 반대 방향으로 취소되도록 배열됩니다.따라서 브로드사이드 어레이와 같이 어레이 방향에 수직이 아닌 방향성은 어레이 방향(즉, 공급점을 연결하는 라인의 방향)에 있지만 반대 방향 중 하나가 억제되어 있습니다.

야기 안테나

위에서 설명한 여러 개의 구동 소자를 가진 안테나는 신호 분할, 페이싱, 소자에 대한 분배 및 임피던스 매칭의 복잡한 피드 시스템을 필요로 합니다.훨씬 더 자주 사용되는 다른 종류의 엔드파이어 어레이는 소위 기생 요소의 사용에 기초합니다.인기 있는 고이득 야기 안테나에서는 다이폴 중 한쪽만 실제로 전기적으로 접속되어 있지만 다른 한쪽은 피구동 소자에 의해 공급되는 전력을 수신하여 재방사한다.이 때, 한 방향으로 게인을 집중시키고 반대 방향(다른 모든 방향)의 방사선을 대부분 상쇄하기 위해 기생 요소의 위치뿐만 아니라 길이도 신중하게 선택함으로써 페이싱이 이루어진다.실현되는 이득은 동일한 수의 요소를 가진 구동식 어레이보다 적지만, 전기 연결의 단순성으로 인해 Yagi는 소비자 용도로 더욱 실용적입니다.

참조 표준으로서의 쌍극자

안테나 게인은 종종 반파장 다이폴에 대해 데시벨로 측정됩니다.한 가지 이유는 실용적인 안테나 측정에는 특정 거리에서 테스트 대상 안테나의 전계 강도를 비교하기 위한 기준 강도가 필요하기 때문입니다.물론 등방성 방열기는 없지만 반파장 다이폴은 잘 이해되고 동작하며 거의 100% 효율로 구성할 수 있습니다.또한 쌍극자 자체에 의해 얻어진 이득은 본질적으로 "자유"이기 때문에 안테나 설계가 더 작은 지향적 이득을 가지지 않는다는 점을 고려할 때 더 공평한 비교이기도 하다.

쌍극자에 대해 측정된 게인의 경우 안테나의 게인이 "x dBd"라고 합니다(데시벨 참조).더 자주 이득은 등방성 라디에이터에 대해 상대적으로 표현되며, 종종 광고상의 이유로 이득이 더 높게 나타나기 때문입니다.반파장 다이폴의 기존 게인을 고려하여 0dBd는 2.15dBi로 정의됩니다.dBi의 모든 게인은 dBd의 게인보다 2.15 높습니다.

헤르츠 쌍극자

Hertzian 다이폴 또는 초등 더블렛은 물리적 안테나 설계가 아닌 이론적인 구조를 나타냅니다.전체(짧은) 길이에 걸쳐 일정한 진폭과 방향을 가진 RF 전류를 전달하는 이상적인 작은 도체 세그먼트입니다. 실제 안테나는 여러 Hertzian 다이폴을 엔드 투 엔드로 배치하여 조합하여 모델링할 수 있습니다.

Hertzian 다이폴은 (지정된 방향으로) $Ie$( t \ $displaystyle$$$Ie$^{i\$ $obmega$ t$}$의 $한정$된 진동 $전류$로 정의될 수 있습니다$.$헤르츠 쌍극자의 필드 해는 실제 안테나의 현재 패턴을 구성하는 다수의 헤르츠 쌍극자의 필드 중첩을 형성함으로써 보다 복잡한 안테나 기하학적 구조(실제 쌍극자 등)에서 나오는 방사선의 분석 또는 수치 계산의 기초로 사용할 수 있다.위치 함수로서 기본 전류 요소에 무한소 길이${\displaystyle }$I($r{\displaystyle )}$ $δ {\$ {\$display style$ I${\mathbf {r}\right$을 곱하면 결과적으로 생성되는 필드 $패턴$은 안테나 도체(얇은 와이어로 모델링됨)의 경로 상의 적분으로 감소한다.

다음 유도에서는 모든 수량에 대해 사인파 시간 $의존{\displaystyle {}^{}}$ ${\displaystyle e^{}}$ ${\displaystyle t^{}}$ t$${\$displaystyle$ e$^{i\obega$t}}에서$$ x $=$ ${\displaystyle y}$ $= z = 0${\$displaystyle$ Z$}$의 원점을 중심으로 $전류$를$$취한다.가장 간단한 방법은 지연 전위에 대한 공식을 사용하여 벡터 $전위{\displaystyle \mathbf{}}$A ( ${\displaystyle r\mathbf{}}$) \$displaystyle \mathbf {A}$ \$left(\mathbf {r}$ \$right)$의 계산을 사용하는 것입니다.A$(\$의 값이 고유하지는 않지만 로렌츠 게이지에 따라 제한하고 라디안 주파수$${\(\$displaystyle \omega})$의 사인파 전류를 $위상계수{\displaystyle {}^{}}$e - ${\displaystyle i^{}}$ $(\$ e$^{-ikr$로 변환하여 파장(파수)을 구한다.빈 공간과 r{r\displaystyle}에 Ber k=ω c{\textstyle k={\frac{\omega}{c}}}그 점 사이에 있는 거리는 기원(우리가 어디로 현재 소스라고)것으로 생각되고, 따라서 r)r(\right}. 벡터 퍼텐셜 A{\displaystyl에 이 results[34].e\m$위치$$r{\displaystyle \mathbf{}}$ ${\displaystyle$ \$mathbf {r}$에 있는 athbf {A}은$($는) 해당 전류 요소만으로 인해 발생하며, 순수하게 $Z{\displaystyle }$ ${\displaystyle$ Z$}$ 방향$$(전류의 방향):

$\displaystyle \mathbf {A} \left(\mathbf {r} \right)=I\delta\ell {frac_{0}{4\pi r}}e^{-ikr}{\hat {mathbf {z}}}$

${\displaystyle {여기}_{}}$서 μ 0$(\displaystyle$ \$mu _{$0$$})은 여유 공간의 투과성입니다.그 후,

$\displaystyle \mu \mathbf {H} =\mathbf {B} =\displayla \times \mathbf {A}$

$자기장{\displaystyle \mathbf{}}$ H$(\$에 대해 해결할 수 있으며, 이로부터 (로렌츠 게이지를 선택한 것에 따라) $전기장{\displaystyle \mathbf{}}$ E$(\$를 다음과 같이 해결할 수 있습니다.

${\displaystyle \mathbf {E} = flac {\displayla \times \mathbf {H}}{i\obega \silon }}$

구면 좌표에서 $자기장{\displaystyle \mathbf{}}$ H$(\$는$\delta {\displaystyle }$(\$displaystyle \phi)$ 방향의$$ 성분만 있음을 알 수 있습니다^[35].

${\displaystyle H_{\phi}=i4 flac {I\delta \ell}}{4\pi}}\left flac {k}-{\frac {i}{r^{2}}\right}e^{-ikr}\sin {left(\thethta \right)}}$

전기장이$\delta {\displaystyle }$(\$displaystyle \theta)$ $및$ r$(\$ 방향의$$ 구성 요소를 갖는 동안:

$디스플레이 스타일E_{\theta }&=i440frac {zeta _{0}I\delta \ell}{4\pi }}\left({\frac {k}{r^{2}})-{\frac {1}{kr^{3}}\right) e^{-ikr}\sin {left(\theta \right)\[2pt]E_{r}&=440frac({zeta_{0})I\delta \ell}{2\pi }}\left({\frac {1}{r^{2}})-{\frac {i}{kr^{3}}\right) e^{-ikr}\cos {left(\theta \right)\end{aligned}}}})$

여기서 ${\displaystyle \theta \sqrt{\frac{{}_{}}{}}}$ 0 ${\displaystyle {}_{}}$ ${\displaystyle \sqrt{\frac{{\mu \mathrm{}}_{}}{}}}$ 0 μ 0 ${\displaystyle \sqrt{\frac{{0\mathrm{}}_{}}{}}}$0 { $displaystyle \zeta$_ { 0 } =$sqrt${ $frac$\ $mu$_ { $0$} { \ $silon$_ { $0$}} 은 여유 공간의 임피던스입니다.

이 솔루션에는 소스 근처에서 매우 강하지만 방사되지 않는 근거리 항이 포함됩니다.첨부 애니메이션에서 볼 수 있듯이 소스에 매우 $가까운{\displaystyle \mathbf{}}$E ${\displaystyle \mathbf${E$$$}$ 및$H{\displaystyle \mathbf{}}$ ${\displaystyle$ \$mathbf${H$$$}}$ 필드는 거의 위상이 어긋나므로 방사 플럭스를 계산하는 포인팅 벡터에 거의 기여하지 않습니다.안테나 소자의 근거리장 해법(소자의 길이에 걸쳐 이 공식을 사용하는 적분으로부터)은 안테나 소자와 인접한 다른 소자 간의 상호 임피던스를 계산하는 데 사용할 수 있는 필드입니다.

원거리 방사 패턴의 계산의 경우$,$ 1 $(\textstyle {1}{$r$$}) $항만\frac{\mathrm{}}{}$ ^[35]유의하게 남아 있으므로 위의 방정식이 단순화된다.

$stylestyle$$H_{\phi}&=i440frac {I\delta {ell }k}{440pi }r}e^{-ikr}\sin(\theta \right)\\[2pt]$$E_{\theta }&=i440frac {zeta _{$$0}$$I\delta {ell }k}{4{\pi }r}e^{-ikr}\sin {left(\theta \right)}\end{aligned$

따라서 원계 패턴은 서로 직각으로, 전파 방향에 대해 직각으로 전기장과 자기장을 갖는 횡전자파(TEM)로 구성되어 있는 것으로 보인다(선원이 원점에 있다고 가정한 r$\display$ \$mathbf {r$의 $방향{\displaystyle \mathbf{}}$).$전기{\displaystyle }$ 편광은 ${\(\displaystyle \theta)$ 방향의$$ 소스 전류와 동일하며($Z{\displaystyle }$$${\$displaystyle$ Z$}$ 방향의$$ 자기장은 ${\(\displaystyle \phi)$ 방향의$$ 직각입니다.이 방정식이나 애니메이션에서도 볼 수 있습니다이 거리에서의 장은 정확히 일치하고 있습니다두 필드 모두 $(텍스트$ 스타일 ${1}{r$에 따라 떨어지며, 이에 따라 검정력은 역제곱 법칙에 따라 $($스타일 ${1}{r^{2}})$에 따라 떨어집니다.

내방사선성

주어진 안테나 전류에 의한 원거리 방사 패턴을 알면 방사 저항을 직접 계산할 수 있다.헤르츠 쌍극자로 인한 위의 필드의 경우, 포인팅 벡터에 따라 전력 플럭스를 계산할 수 있으며, 결과적으로 다음과 같은 전력(1사이클 동안 평균)이 생성됩니다.

$(\displaystyle \mathbf {S} \rangle = mathfrac {1}{2}} {\mathbf {E} \left(\times \mathbf {H} ^{*}\오른쪽).}$

필수는 아니지만$,$ E$(\displaystyle$ \$mathbf${E$$$})$$및{\displaystyle \mathbf{}}$ H$(\displaystyle$ \$mathbf${H$$$})$에 대한 원거리 필드 식이 적용되는$큰{\displaystyle }$ r(\$displaystyle$\mathbf${H$})에서$$ 다음 연습을 수행하는 것이 가장 간단하다.r$\displaystyle$ r$\}$의 반지름으로 소스를 둘러싼 큰 구를 생각해 봅시다.이 구면의 표면을 가로지르는 단위 면적당 전력은 $다음$과 같이 r$^\$ 방향임을$$ 알 수 있습니다.

${\displaystyle \left\mathbf {S}_{\mathsf {r}\rangle =\frac {0}{2}\left frac {\left I\right k\fell }{4gpi }r}\right}^2}\sin ^{2}\ta }$

이 플럭스가 전체 구에 걸쳐 통합되면 다음과 같은 결과가 발생합니다.

$디스플레이 스타일P_{\text{net}}&=\int _{0}^{2\pi }\!\!\int _{0}^{\pi }\mathbf {S}_{\mathsf {r}{\rangle }r^{2}\sin {\theta }d\theta \\theta \&=snfrac {zeta _{0}{12\pi }}}\\(왼쪽 i\right)\lf {2\lf}{2\lf}{{\l}\clanglef}{\ta}{\l}{{\ta}{\ta}{{\$

여기서 $\theta {\displaystyle }$ ${\displaystyle =}$ ${\displaystyle 2\mu }$ /$$k {\$displaystyle$$$\$displayda$$=$ $2\pi$ /$k}$는 라디안 주파수$θ$에 해당하는 자유 공간 파장입니다. 정의상 방사선 $저항{\displaystyle {}_{}}$ ${\displaystyle {\text{R}}_{}}$rad {\$displaystyle R_{\text{rad}}$는 $현재\frac{\mathrm{}}{}$ 1 $2^{}{}^{}$ ${i2}^{\mathrm{}}$ ${$ {$frac1}$의 제곱 평균입니다.2$}}\left$ I$\right ^{2}}$는 이 전류에 의해 방사되는 순전력입니다.따라서 위의 값을 $\frac{1}{}$ $2^{}{}^{}$ I$$ ${}^{}{}_{}$ {\$frac {$1$}$ ${$2$} R _$ {\$text${$rad}$에 대입하면 다음과 $같습니다$.

${{displaystyle R_{\text{rad}}=black {2\pi }{3}}\zeta _{0}\leftfrac {\flac \ell}{\flac }}{\flight}$

이 방법을 사용하여 특정 안테나 전류 측면에서 원계 방사선 패턴이 발견된 안테나의 방사선 저항을 계산할 수 있습니다.도체의 오믹 손실을 무시할 경우 방사선 저항(피드포인트 대비 고려)은 피드포인트 임피던스의 저항(실제) 성분과 동일합니다.유감스럽게도 이 연습에서는 피드 포인트 임피던스의 반응성(가상) 성분에 대해서는 아무것도 알 수 없습니다.이 성분의 계산은 다음과 같습니다.

지향적 이득

포인팅 벡터에 의해 주어진 방사 플럭스에 대해 위의 식을 사용하여 헤르츠 쌍극자의 지향적 이득을 계산할 수도 있습니다.위에서 계산한 총 파워를 ${\displaystyle {}^{}}$ r$$({$displaystyle 4\pi r^{$2})로 나누면 모든 $방향$의 플럭스 평균 P $({$text{$avg}}})$를 다음과 같이 구할 수 있습니다.

${\displaystyle P_{}}$ ${\displaystyle {\text{avg}}_{}}$ ${\displaystyle {}_{}}$ ${\displaystyle \frac{{\text{P}}_{}}{}}$ ${\displaystyle \frac{{}_{}}{\mathrm{}}}$ 4 ${\displaystyle \frac{{}^{}}{}}$ r ${\displaystyle \frac{{2\mathrm{}}^{}}{}}$ ${\displaystyle \frac{{}^{}}{}}$ ${\displaystyle \frac{{0\mathrm{}}_{}}{}}$ 0 ${\displaystyle \frac{48}{}}$ ${\displaystyle \frac{{2\mathrm{}}^{}}{}}$ ${\displaystyle \frac{{}^{}{}^{}}{}}$ r ${\displaystyle \frac{{2\mathrm{}}^{}}{}}$ ${\displaystyle k^{}{}^{}{}^{}}$ 2 I ${\displaystyle 2^{\mathrm{}}{}^{}}$（${\displaystyle {}^{\mathrm{}}}$ ） 2 $（$ ℓℓstyle ） 2 （ $displaystyle$ P_${\text$ {net} =$pi$ frac { $P_{\text$ { net$}}$ { $4\pi$ r$^2} = frac${\$zeta _ 04}$

특정 방향으로 방사된 플럭스를 P $(\$로 나누면 방향 $게인{\displaystyle }$ G$)$ {\$displaystyle$ G$\left(\theta \right$를 얻을 수 있습니다.

${\displaystyle {\mathsf {G}}\left(\theta \right)=frac {\mathsf {r}\rangle}{P_{\text{avg}}}=frac {3}{2}\sin ^2}\theta }$

일반적으로 인용되는 안테나 "게인"은 게인 패턴(방사선 패턴)의 피크 값을 의미하며 실질적으로 다른 안테나 구성보다 낮은 1.5~1.76dBi인 것으로 나타났습니다.

짧은 쌍극자와의 비교

헤르츠 쌍극자는 위에서 설명한 짧은 쌍극자와 비슷하지만 다릅니다.어느 경우든 도체는 파장에 비해 매우 짧기 때문에 반파 쌍극자(예를 들어)에 존재하는 정재파 패턴은 존재하지 않는다.그러나 헤르츠 쌍극자에서는 짧은 길이에 걸쳐 도체를 따라 전류가 일정하게 흐르도록 지정했습니다.이를 통해 Hertzian 쌍극자는 보다 복잡한 안테나 구성을 분석하는 데 유용하게 사용할 수 있습니다. 여기서 실제 안테나 도체의 모든 극소 부분을 Hertzian 쌍극자로 모델링할 수 있으며 전류가 실제 안테나에 흐르는 것으로 확인됩니다.

그러나 RF 전압이 공급되는 짧은 도체는 짧은 범위에서도 균일한 전류를 갖지 않습니다.오히려 현실에서 짧은 쌍극자는 공급점에서 공급점 전류와 동일하지만 짧은 도체의 길이에 걸쳐 직선적으로 0으로 떨어집니다.금속볼 등의 정전용량 모자를 도체 끝에 배치함으로써 도체로부터의 전류를 흡수하여 헤르츠 쌍극자에 가정한 정전류를 보다 잘 근사할 수 있다.하지만 헤르츠 쌍극자는 안테나 분석을 위한 이론적인 구성일 뿐입니다.

공급점 전류가 I $({$인 짧은 다이폴의 각 도체에서의 평균 전류는 I $({$$뿐$입니다.위의 헤르츠 쌍극자 길이 $({displaystyle$\displaystyle \display$\ell})$에 대한 필드 방정식은 $유효\frac{{}_{}}{}$ $\frac{{전류\mathrm{}}_{}}{}$ I $=$ $({$ I$=scfrac {I_{0}}{2$를 사용하여 짧은 쌍극자의 실제 필드를 예측합니다. 이렇게 하면 위의 방정식에 의해 1/4의 먼 영역에서 측정됩니다.포인팅 벡터${\displaystyle {\mathbf{}}_{}}$ S ${\displaystyle {\mathsf{}}_{}}$δ {\$displaystyle \langle \mathbf {S}_{\mathsf {r}}\rangle}$의 경우 I $(\$의 소자 전류를 가정했을 경우, 짧은 쌍극자에 대해 계산된 방사선 저항은 Hertzian에 대해 계산된 방사선 저항의 1/4임을 알 수 있다.그러나 방사선 패턴(및 이득)은 동일합니다.

다이폴 공급점 임피던스의 상세 계산

다양한 길이의 다이폴의 공급점에서 볼 수 있는 임피던스는 임피던스의 실제_dipole(저항) 성분 R과 가상의(반응) 성분_dipole jX의 관점에서 위에 표시되어 있습니다.완벽한 도체를 가진 안테나의 경우(오믹 손실 없음) R은 방사선_dipole 저항과 동일하며, 짧은 쌍극자에 대해 설명한 바와 같이 주어진 인가 전류에 대한 원계 방사선 패턴의 총 전력에서 보다 쉽게 계산할 수 있다.X의 계산이_dipole 더 어렵다.

유도 EMF법

유도 EMF법을 사용하면 피드포인트 임피던스의 두 성분에 대해 닫힌 형식의 식을 얻을 수 있습니다.이러한 결과는 위에 나타나 있습니다.해결책은 안테나 도체에 따른 전류 분포의 형태에 대한 가정에 따라 달라집니다.약 60보다 큰 파장 대 소자 직경 비율의 경우 길이 L/2의 각 안테나 소자에 따른 전류 분포는 안테나 z에 따른 지점에서 사인 함수 형태를 갖는 것으로 매우 잘 근사되며^[34], 여기서 z = ±L/2인 소자 끝에서 전류가 0에 도달합니다.

${\displaystyle I(z)=A\sin \left(k\left({\tfrac {1}{2}}L-\left z\right \right)\right)}$

여기서 k는 2µ/sq = 2µf/c로 주어진 파수이며 진폭 A는 z = 0에서 지정된 구동 지점 전류와 일치하도록 설정됩니다.

이 방법은 약 사인파 전류 분포를 가정할 수 있는 경우 코사인 및 사인 적분 함수 Si(x) 및 Ci(x)를 사용하여 닫힌 형태의 구동점 임피던스를 해결한다.전장 L의 다이폴의 경우 구동점 임피던스의 저항성 및 반응성 성분은 다음과 ^[36][b]같이 나타낼 수 있습니다.

$디스플레이 스타일R_{\text{쌍극자}}={\frac{\eta_{0}}{2\pi\sin ^{2}({\tfrac{1}{2}}kL\right)}}{\Bigg\와 같이{}\gamma _ᆴ+\ln(kL)-\operatorname{ 사}(kL)+{}&,{\tfrac{1}{2}}\sin(kL)\,{\Big[}+\operatorname{Si}(2kL)-2\operatorname{Si}(kL)\와 같이{\Big]}\\{}+{}&,{\tfrac{1}{2}}\cos(kL)\,{\Big는 경우}+\operatorname{ 사}(2kL)-2\operatorname{ 사}(kL)+\gamma _{e}+\ln\.({을 떠나\tFrac{1}{2}}kL\right)){\Big]}{\Bigg)}}\\X_{\text{쌍극자}}={\frac{\eta_{0}}{2\pi\sin ^{2}({\tfrac{1}{2}}kL\right)}}{\Bigg\와 같이{}+\operatorname{Si}(kL)+{}&,{\tfrac{1}{2}}\cos(kL)\,{\Big[}-\operatorname{Si}(2kL)+2\operatorname{Si}(kL)\와 같이{\Big]}\\{}+{}&,{\tfrac{1}{2}}\sin(kL)\,{\Big는 경우}+\operatorname{ 사}(2kL)-2\operatorname{ 사.}(kL)+\오퍼레이터 이름 {Ci} \left(2k{\tfrac {a^{2}}{L}}\right)\\Bigg \}},\end{aligned}}$

여기서 a는 도체의 반지름, k는 위에서 정의한 파수이며, θ는₀ 빈 공간의 임피던스(θ θ₀ 377Ω, ${\displaystyle \mathrm{\theta }}$ e ${\displaystyle {}_{}\mathrm{}}$0.${\displaystyle \mathrm{57721566...)}}$를 나타냅니다.$(\displaystyle_{e}=0.57721566...)$}은(는) 오일러 상수입니다$.$

통합 메서드

유도 EMF 방법은 정현파 전류 분포의 가정에 따라 달라지며, 파장 대 소자 직경 비율이 약 ^[34]60 이상이면 약 10% 이상의 정확도를 제공합니다.그러나 더 큰 도체의 경우 (정현파 패턴을 가정하는 것이 아니라) 도체의 전류 분포를 해결하는 수치 솔루션이 필요합니다.이는 포클링턴의 적분 방정식 또는 할렌 적분 ^[8]방정식의 근사해법에 기초할 수 있다.또한 이러한 접근법은 선형 도체에 국한되지 않고 일반성이 더 높습니다.

어느 하나의 수치해법은 그 전류를 기저함수 세트로 확장해야 하는 모멘트법 해법을 사용하여 실행된다.예를 들어 하나의 간단한 선택(최선은 아님)은 도체를 각각에 대해 일정한 전류를 가정한 N개의 세그먼트로 분해하는 것이다.적절한 가중치 함수를 설정한 후 N×N 행렬의 반전을 통해 비용을 최소화할 수 있다.각 매트릭스 요소를 결정하려면 가중치 함수를 포함하는 적어도 하나의 이중 적분이 필요하며, 이는 계산 집약적일 수 있다.가중치 함수가 단순히 델타 함수인 경우, 이는 N개의 이산 지점에서 도체를 따라 전류의 경계 조건을 맞추는 것에 해당한다.그런 다음 N×N 행렬을 반전시켜야 합니다. N 행렬은 N이 증가할수록 계산 집약적이기도 합니다.간단한 예로서 Balanis(2011)는 이 계산을 실행하여 Pocklington의 방법을 사용하여 다른N의 안테나 임피던스를 구합니다.N > 60에서는 솔루션이 제한치에 몇 ^[8]% 이내로 접근하고 있음을 알 수 있습니다.

「 」를 참조해 주세요.

• AM 방송
• 아마추어 라디오
• 바룬
• 동축 안테나
• 빈 공간에서의 쌍극자 전계 강도
• 구동 요소
• 전자 기호
• FM 방송
• 등방성 안테나
• 전방향 안테나
• 단파 청취
• T안테나
• 휘핑 안테나

메모들

레퍼런스

초파, 단파 및 반파 쌍극자

외부 링크

• AC6V 홈브루 안테나 링크
• 첫 번째 HF 다이폴 - eham.net에서 심플하면서도 완전한 튜토리얼을 제공합니다.
• 다이폴 기사 - 다양한 형태의 다이폴에 대한 일련의 페이지